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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 ·1971·

表 3 不同样品氧指数测试结果
Table 3 LOI test results of different samples
样品
EP0 EP1 EP2 EP3
LOI/% 19.5 22.4 23.4 25.5

从图 5 与表 3 可知，EP0 样条燃烧有熔融、滴
落现象，生成少量残炭，LOI 仅为 19.5%；在添加
质量分数 5% PEPA/CTS 时，EP1 样条燃烧仍伴有轻

微熔融、滴落现象，但生成致密炭层，且 LOI 达到
图 4 不同阻燃涂层的 TG 曲线 22.4%；当添加质量分数 5%PMC 时，EP2 样条燃烧
Fig. 4 TG curves of different flame retardant coatings
产生不燃性气体并使炭层膨胀，LOI 提升到 23.4%；
表 2 阻燃涂层 TG 分析结果 当 PMC 的添加量达到质量分数 10%时，EP3 样条燃
Table 2 TG analysis results of flame retardant coatings 烧无熔融、滴落现象，并生成致密的膨胀炭层，LOI
T d/¥ T max/¥ 500 ¥残炭量/% 800 ¥残炭量/% 达到 25.5%。EP1 与 EP2 对比，进一步证明引入含
EP0 260 400 13.7 10.8 N 气源的 PMC 分解时会产生更多的不燃性气体
EP1 256 377 19.0 15.8
（N 2 、NH 3 、NO x 等）将炭层膨胀，并促进 LOI 进
EP2 241 386 15.8 12.8
EP3 238 373 20.2 17.1 一步提升。膨胀型阻燃剂作用机理为：首先，PMC
中有机膦结构断裂生成磷酸，再脱水生成偏磷酸，
注：T d—初始分解温度，T max—最大热失重速率所对应温度。
并最终聚合成聚磷酸 [16, 22] ；然后，酸源促进基体成
脂基体 [16-18] 。阻燃涂层分解速率比纯 EP 涂层慢， 炭，生成燃点较高的残炭层；最后，C—N、N—H
高温质量保持率较高，500 ¥下涂层残炭量从 EP0 等断裂，释放出不燃性气体，将炭层膨胀并稀释树
的 13.7%提高到 EP3 的 20.2%，这是由于含磷基团 脂表面氧气浓度，阻止燃烧反应进行。三源协效生
生成脱水性磷的含氧酸，并促进有机物脱水炭化， 成致密膨胀性炭层，起到良好阻燃作用，PMC 阻燃
致使残炭量增加 [19-21] 。EP1 与 EP2 分别添加质量分 机理如图 6 所示。
数 5%的 PEPA/CTS 和 PMC，500 ¥下残炭量分别为
19.0%和 15.8%。残炭量不同的原因是，PMC 中引
入了含 N 气源，受热后释放了不燃性气体分子〔N 2 、
NH 3 、NO x (x=1、2)等〕，使得残炭量下降。当 PMC
质量分数达到 10%时，EP3 在 500 ¥下残炭量达到
20.2%，比 EP2 的残炭量提高了 27.8%。

2.5 阻燃样条的阻燃性分析 图 6 PMC 阻燃机理
利用 LOI 和 UL-94 测试了 EP0、EP1、EP2、 Fig. 6 Flame retardancy mechanism of PMC

EP3 的阻燃性能，结果见图 5。图 5 中 a、b、c、d UL-94 测试结果见表 4。由表 4 可知，EP0 无法
分别为 EP0、EP1、EP2 和 EP3 阻燃样条燃烧后的数 通过 UL-94 测试。当加入不同含量的阻燃剂时，阻
码照片。LOI 测试结果见表 3。 燃样条的 UL-94 有不同程度的提高，当 PMC 添加

量达到样条总质量的 10%时，EP3 的 UL-94 可以达
到 V-0 级，具有较好阻燃性。

表 4 不同样品 UL-94 测试结果
Table 4 UL-94 test results of different samples
样品

EP0 EP1 EP2 EP3
UL-94 燃烧 V-1 V-1 V-0

a—EP0; b—EP1; c—EP2; d—EP3 2.6 残炭表面 SEM 分析
图 5 不同阻燃涂层 LOI 测试残炭照片 不同阻燃涂层 LOI 测试后扫描电子显微镜照片
Fig. 5 Photographs of chars after LOI test of different
flame retardant coatings 见图 7。