磷钨酸插层ZnAl层状双金属氢氧化物协同膨胀阻燃剂对环氧-聚酰胺树脂的阻燃作用

汤连东¹，吴袁泊²，袁利萍¹，胡云楚¹，刘月姣¹，范友华³

1. 中南林业科技大学材料科学与工程学院2. 中南林业科技大学理学院3. 湖南省林科院

摘 要：采用[PW₁₂O₄₀]^3-离子柱撑插层共沉淀法合成的ZnAl硝酸根（NO₃-ZnAl）层状双金属氢氧化物（LDHs）,制备了PW₁₂O₄₀-ZnAl LDHs,并利用XRD、FTIR、电感耦合等离子体（ICP）、SEM等进行组成和结构的表征。将NO₃-ZnAl LDHs和PW₁₂O₄₀-ZnAl LDHs分别与含聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇的膨胀阻燃剂（IFRs）复合阻燃环氧-聚酰胺树脂（EP-PA）,采用TGA、背温实验和锥形量热实验评价不同ZnAl LDHs与IFRs复合阻燃EP-PA的热及烟气的释放规律。TGA结果表明,PW₁₂O₄₀-ZnAl-IFRs/（EP-PA）复合材料的最大降解速率最小,残炭率最高,说明PW₁₂O₄₀-ZnAl LDHs提高了IFRs/（EP-PA）复合材料高温下的抗氧化能力。背温实验表明,相同热辐射强度下,PW₁₂O₄₀-ZnAl-IFRs/（EP-PA）复合材料的背温达到200℃和300℃用时最长,具有最低的背温升温速率,说明PW₁₂O₄₀-ZnAl LDHs使IFRs/（EP-PA）复合材料耐火能力明显增强。从锥形量热实验数据可知,PW₁₂O₄₀-ZnAl-IFRs使PW₁₂O₄₀-ZnAl-IFRs/（EP-PA）复合材料具有最低的热释放速率峰值（PHRR）、平均热释放速率（MHRR）、平均有效燃烧热（MEHC）和总热释放量（THR）,其火势增长指数（FGI）仅为IFRs/（EPPA）复合材料的14.5%,烟释放总量（TSP）比NO₃-ZnAl-IFRs/（EP-PA）复合材料减少了27.6%,比IFRs/（EPPA）复合材料减少了55.3%。说明PW₁₂O₄₀-ZnAl-IFRs比NO₃-ZnAl-IFRs更能有效地减少EP-PA的热量释放,抑制烟气生成。

关键词：ZnAl层状双金属氢氧化物;插层改性;环氧-聚酰胺树脂;阻燃;背温速率;