改性粉煤灰协同含硅-氮木质素/ 聚磷酸铵在阻燃聚乳酸中的应用
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江苏省科技厅产学研联合创新资金资助项目(BY2019080);国家自然科学基金资助项目(51473024)


Application of Modified Fly Ash Synergized with Silicon-Nitrogen-Containing Lignin / Ammonium Polyphosphate in Flame-Retardant Polylactic Acid
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    摘要:

    文中以煤炭发电厂的副产物-粉煤灰(FA)为主要原料,盐酸多巴胺和三羟甲基氨基甲烷为改性剂,通过一步法制备了粉煤灰基协效剂(FA@PDA);将 FA@PDA 与自制含硅-氮木质素(Si-NLig)及聚磷酸铵(APP)复配,对聚乳酸(PLA)进行阻燃改性制备了阻燃 PLA,对材料的阻燃性能、力学性能、热稳定性能和燃烧行为进行了研究。 结果表明,FA@PDA 的引入可有效提高阻燃 PLA 的阻燃性能,添加 2% 的 FA@PDA 可使阻燃 PLA 的 LOI 值达 32.0% ,UL-94过 V-0 级,优于未加协效剂阻燃 PLA 的 27.0% 和 V-2 级。 此外,协效剂的引入改善了膨胀阻燃 PLA 的力学性能,提高了其高温残留量。 锥形量热测试结果发现,与 8IFR/ PLA 相比,2FA@PDA-8IFR/ PLA 的点燃时间(TTI)由 66 s 延长至 72 s,总释热量(THR)和热释放速率峰值(pHRR)均有降低,火灾安全性提高。 阻燃机理研究发现,FA@PDA 的引入使阻燃剂在气相和凝聚相阻燃中均发挥了较好的阻燃效果。

    Abstract:

    Fly ash (FA), a by-product of coal-fired power plants, was used as the main raw material, with dopamine hydrochloride and tris(hydroxymethyl)aminomethane as modifiers, to prepare a fly ash-based synergist (FA@PDA) via a one-step method. Flame retardant polylactic acid (PLA) was prepared by compounding FA@PDA combined with self-made silicon nitrogen lignin (Si-NLig) and ammonium polyphosphate (APP) to modify PLA. The flame retardant properties, mechanical properties, thermal stability, and combustion behavior of the materials were studied. The results show that the introduction of FA@PDA can effectively enhance the flame retardant performance of flame-retardant PLA, and the LOI value of flame retardant PLA with 2% FA@PDA loading amount can reach 32.0% , accompanied with UL-94 V-0 rating, which is better than the LOI value 27.0% and V-2 level of flame retardant PLA without synergist. The addition of the synergist improves the mechanical properties of flame retardant PLA, and increases the residual char at high temperature. Cone calorimeter test results show that compared with 8IFR/ PLA, the time to ignition (TTI) of 2FA@PDA-8IFR/ PLA is extended from 66 s to 72 s, the total heat release (THR) and peak heat release rate (pHRR) are both reduced, and the fire safety is improved. The flame-retardant mechanism research found that the introduction of FA@PDA promotes flame-retardant PLA to exert good flame-retardant effects in both gas-phase and condensed-phase flame retardancy.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

宋 艳, 李婉秋, 仓红燕, 林 肯, 单雪影, 李锦春.改性粉煤灰协同含硅-氮木质素/ 聚磷酸铵在阻燃聚乳酸中的应用[J].高分子材料科学与工程,2026,42(5):147-156. Yan Song, Wanqiu Li, Hongyan Cang, Ken Lin, Xueying Shan, Jinchun Li. Application of Modified Fly Ash Synergized with Silicon-Nitrogen-Containing Lignin / Ammonium Polyphosphate in Flame-Retardant Polylactic Acid[J]. Polymer Materials Science & Engineering,2026,42(5):147-156.

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