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第 11 期 王 娜，等: 壳聚糖基阻燃剂制备及其在防火涂层中应用 ·1969·

助剂，在高分子材料阻燃化处理中有着广泛应用。 取 50 g CTS、300 mL 蒸馏水，加入 500 mL 三
其中，膨胀型阻燃剂（IFR）是近年来发展极快的一 口瓶中，90 ¥下搅拌溶解，趁热过滤，冷却结晶，
类无卤阻燃剂，不仅具有良好的阻燃效果和热稳定 过滤，80 ¥下真空干燥 24 h，得到纯化后的 CTS，
性，而且还具有低烟、低毒、低添加量等优点，是 待用。
一种绿色、环保的阻燃剂 [1-3] 。 取 3.8 g MDI、150 mL 甲苯（分子筛除水）加
IFR 由炭源、酸源和气源构成。聚合物燃烧时， 入三口瓶中，N 2 保护下，78 ¥下电磁搅拌至溶液澄
三源协同作用，在材料表面形成致密的多孔泡沫炭
清。取 2.7 g 纯化后的 PEPA，分 9 次加入到三口瓶
层，能够起到抑制材料降解、阻挡热源和隔绝氧源 中，每次间隔 30 min，继续反应 6 h，制得活化中间
的作用。传统膨胀型阻燃剂多采用石油裂解产生的
体 PM。
多羟基化合物作为炭源，如季戊四醇、酚醛树脂等。
取 2.7 g 纯化后的 CTS 加入到上述活化中间体
但是，随着石油资源的日益枯竭及石油资源应用所
PM 反应液中，电磁搅拌下反应 6 h。室温下，甲苯
带来的污染，人们不得不寻找新的炭源。许多带有
离心洗涤 3 次，所得产物 80 ¥真空干燥 24 h，即制得
多羟基结构的生物基材料都是天然的炭源材料，如 壳聚糖基膨胀型阻燃剂 PMC。合成路线如下所示：
[6]
淀粉 [4-5] 、纤维素 、壳聚糖 [7-8] 、环糊精 [9-11] 等。采

用自然界存在的生物基材料来制备阻燃剂符合阻燃
剂绿色、环保战略的发展要求，且可降低对石油产
品的依赖。
本文以来源广泛、天然富碳的生物基材料壳聚
糖（CTS）为炭源，与淀粉、纤维素等相比，壳聚
糖具有反应活性较高的氨基且可为阻燃剂提供氮元
素，有利于不燃性气体生成；同时，引入酸源季戊
四醇磷酸酯（PEPA），并通过气源二苯甲烷二异氰
酸酯（MDI）共价键合，制得集炭源、酸源和气源
于一体的化学稳定阻燃剂大分子 PMC。将其应用在
钢结构防火涂层中，考察了该阻燃剂对水性环氧树
脂涂层阻燃性能的影响。

1 实验部分 1.3 水性环氧阻燃涂层的制备

称取一定量的水性环氧树脂，分别加入适量蒸
1.1 试剂与仪器
馏水与阻燃剂，并进行球磨分散处理（350 r/min），
水性环氧树脂（AR555）和氨基固化剂（AQ419），
制得混合液。加入相应质量氨基固化剂 AQ419，磁
工业级，美国 Air Products and Chemicals 公司；季
力搅拌，制得水性环氧树脂阻燃涂料，喷涂在 Q235A
戊四醇磷酸酯（PEPA），工业级，广州喜嘉化工有
碳钢基底表面上，室温下固化 7 d。复合阻燃体系具
限公司；二苯甲烷二异氰酸酯（MDI），质量分数
体配方见表 1。
98%，阿拉丁试剂公司；壳聚糖（CTS）、甲苯，AR，

国药集团化学试剂有限公司。
表 1 水性环氧阻燃涂层复合材料配方
Nicolet IR560 型衰减全反射红外光谱仪，高铁 Table 1 Formulation of waterborne epoxy flame retardant
检测仪器有限公司；S-3400 型扫描电子显微镜，日 coating composites
本 Hitachi 公司；STA449C 型热失重分析仪，德国 水性环 固化剂 蒸馏水 PEPA CTS PMC
样品
NETZSCH 公司；JF-3 氧指数仪、CZF-3 型水平垂直 氧树脂/g /g /g /g /g /g
燃烧测定仪，南京江宁分析仪器有限公司；AT07487 EP0 60 20 20 — — —
EP1 57 19 20 2 2 —
型拉开法附着力测试仪，美国 DeFelsko 公司。
EP2 57 19 20 — — 4
1.2 壳聚糖基膨胀型阻燃剂的制备
EP3 54 18 20 — — 8
取 50 g PEPA、300 mL 无水乙醇，加入 500 mL
注：—表示未添加。
三口瓶中，水浴加热至液体沸腾，趁热过滤，冷却

结晶，过滤，80 ¥下真空干燥 24 h，得到纯化后的 1.4 性能测试
PEPA。 用 Nicolet IR560 型衰减全反射红外光谱仪测定