蔡芳昌

聚丙烯作為目前五種通用塑料之一,由于其一系列優異的性能而被廣泛應用于薄膜、注塑、拉絲、纖維和管道等領域,由于其具有簡單的碳鏈結構和非木炭特性,因此極易燃。

提高聚丙烯阻燃性能的方法有很多種,不同方法的阻燃原理不同,帶來的阻燃效益也不同,我們的科研團隊研究了幾種較為常見的阻燃劑作用機理并將其改進,使其更加符合綠色環保要求。

近年來,膨脹型阻燃劑(IFR)因其高效、環保和低成本而受到廣泛研究。作為集酸源、碳源和氣源于一體的混合阻燃系統,每個部分在燃燒中都發揮著不可替代的作用。而多組分的分散、儲存和材料加工更為復雜。一種單一類型的IFR應運而生,即“三個來源合二為一”。單一型IFR具有兼容性好、組分間交互更快、表面流動性低、使用儲存更方便等優點。近年來,它已成為一種流行的大分子阻燃劑。

其阻燃原理離不開磷系阻燃劑,磷是一種多價元素。現在已經證明,含阻燃磷的IFR的阻燃機理通常取決于它們在阻燃劑中的氧化態。在燃燒過程中,氧化磷在氣相中起著至關重要的作用,磷酸鹽在冷凝相中起著重要作用。現如今IFR阻燃劑中酸源大多使用聚磷酸銨。

在當前的材料發展中,可再生和環保的生物質材料受到了越來越多的關注。它們在阻燃聚合物中也有廣泛的前景和應用。

殼聚糖是一種天然多糖,可生物降解且對環境無害,來源于天然幾丁質的脫乙酰化。它可以從蟹殼、蝦殼、真菌和蘑菇中提取。殼聚糖分子鏈中的多個反應性羥基和氨基使其成為帶正電荷的聚合物,具有優異的配位能力,例如殼聚糖的磷酸化。

殼聚糖富含碳,因此可以用作IFR的碳源。阻燃抗菌塑料是一種特殊功能的塑料材料,它通過添加阻燃劑和抗菌劑,既能夠抑制或延滯塑料的燃燒,又能夠抑制塑料表面細菌、霉菌等微生物的生長,從而保持塑料的清潔和延長其使用壽命。

這種塑料廣泛應用于家電、汽車、建筑、醫療等領域,并以其多功能性和安全性,在提高產品質量、延長使用壽命和保障人類健康方面發揮著重要作用,具有廣闊的應用前景和發展潛力。

此外,我們也以聚酰胺6為成碳劑,通過相同的方法將聚磷酸銨包封在三聚氰胺甲醛樹脂和硅酸鈉中,制備了含有微包封核殼結構阻燃劑的阻燃聚丙烯。對聚磷酸銨、三聚氰胺甲醛樹脂包覆聚磷酸銨和微包覆核殼結構阻燃劑的組成進行了表征。通過極限氧指數、熱重分析、垂直燃燒試驗和微型燃燒量熱儀,對防火安全性和熱穩定性進行了研究,并表明其有所改善。還研究了燃燒的化合物,以確認燃燒機理。結果表明,阻燃性能得到了極大的提高,而聚酰胺6具有更好的炭化效果。

最后,根據可持續發展,未來將大力開發綠色環保的可再生阻燃資源,如植物汁、蛋殼和水果廢料等,也能解決現有的微塑料泛濫的問題。這些資源可以作為電子皮膚,也可以催化木炭的形成或釋放不可燃氣體,和IFR結合有望做出更具阻燃效益的阻燃劑;具有阻燃、疏水和抗紫外線等多功能特性的棉織物是一種當代需求量比較大的高分子材料,它通過涂層,表面接枝等方法對棉織物進行改性,使其具備多種功能,并且需求日益增長。這種材料能夠在多個領域發揮作用,如戶外運動服、帳篷、家庭紡織品等。

作者簡介:

蔡芳昌,男,博士,教授,博士生導師。出生于1979年3月,2007年1月畢業于臺灣科技大學高分子工程系獲博士學位,2007年7月起受聘于湖北大學材料科學與工程學院,2010年5月于臺灣科技大學博士后出站,2011年獲得湖北省新世紀高層次人才工程-企業研發人才,2014年10月赴高分子科學與工程系-麻省大學-阿默斯特(Polymer Science & Engineering Dept-University of Massachusetts at Amherst)擔任訪問學者一職(Visiting Research Associate Professor A),在國內外學術期刊上發表論文110余篇,其中80余篇被SCI、EI收錄、書章節2篇和國內外會議論文50余篇,獲得國家發明專利30項。主要從事高分子材料結構設計和功能調控、高分子共混與復合材料、有機-無機雜化材料、生物醫用有機高分子材料研究。

來源: 聚丙