可膨胀石墨/三聚氰胺甲醛树脂核-壳结构粒子的合成及其阻燃应用研究

膨胀石墨（EG）作为高性能无卤阻燃剂已成为阻燃高分子材料特别是建筑密封隔热材料的首选。硬质聚氨酯泡沫塑料（RPUF）作为重要的建筑密封隔热材料强烈要求阻燃性能。添加EG能有效提高RPUF的阻燃性能，但严重损害其机械性能和阻隔性能。本项目针对EG有效阻燃RPUF但劣化材料机械性能问题提出核-壳结构型阻燃剂复合粒子设计思路，以高热稳定性的三聚氰胺甲醛树脂（MF）作为包覆壁材，利用缩聚反应合成同RPUF具有良好相容性，可屏蔽不利导热作用并能提高使用机械性能的以EG为阻燃主体的核-壳结构型阻燃粒子。本项目拟研究核-壳结构粒子形态结构控制、包覆壁材性能设计以及核-壳结构粒子/RPUF复合材料结构与性能，合成高性能环境友好型无卤阻燃粒子，获得高性能无卤阻燃RPUF复合密封阻隔材料，从而给功能型结构阻燃剂开发的提供新的思路，为开发综合性能突出的高阻燃节能保温建材和航空航天密封材料提供理论基础和实验依据。

硬质聚氨酯泡沫（RUPF）以其优异的绝热性能和机械性能，作为绝热密封、结构减震等材料在与人们生命财产密切相关的工业、生活领域获得愈加广泛的应用，因此强烈要求其具有安全良好的阻燃性能。可膨胀石墨（EG）作为新兴高效无卤膨胀型阻燃剂在RPUF中显示出极其优异的阻燃性能，但EG的加入严重劣化RPUF的机械性能和绝热性能。对EG进行精细化粉碎后能够有效保持RPUF复合材料的机械性能，但精细化可膨胀石墨（pEG）在RPUF中的阻燃效率将显著降低。为此，课题组提出以精细化EG（pEG）为核，以高热稳定聚合物为壳的核-壳结构型阻燃剂粒子设计思路，利用核-壳结构实现pEG阻燃效率的提高，使其在赋予RPUF基体优异阻燃性能的同时保持RPUF原有的机械性能和阻隔性能，从而获得高性能无卤阻燃RPUF复合材料。包覆聚合物壳层后，EG粒子的膨胀倍率从包覆前的42 mL g–1显著提高到超过70 mL g–1。并且，在RPUF复合材料中表现出很好的阻燃能力：RPUF/pEG@POLYMER复合材料通过V-0级，而RPUF/pEG复合材料只能通过V-1级，并且极限氧指数（LOI）也得到明显提高。添加10 wt%聚合物包覆的EG就可以获得力学性能、阻燃性能和隔热性能优良的RPUF/pEG@POLYMER复合材料，这是因为这种阻燃粒子能够使复合材料的泡孔结构保持完整，其热导率由于表层聚合物材料的屏蔽作用而降低。新型阻燃粒子pEG@POLYMER诱人的应用前景表明，EG的核-壳结构设计可以作为一种制备无卤高效RPUF复合材料的有效方法。此外，我们还将EG和聚磷酸铵（APP）复配作为一种新型膨胀型阻燃剂（IFR）应用到ABS中，发现EG与APP对ABS具有协同阻燃效应。