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第 5 期 谷凤媚，等: 膨胀型阻燃剂的疏水改性及对水性阻燃涂料性能的影响 ·829·

structure, which strengthened the stability of carbon skeleton and increased the mass of coating residues.
Key words: ammonium polyphosphate; melamine; pentaerythritol; epoxy resin; coatings for plastics;
functional materials
Foundation items: National Natural Science Foundation of China (51371059); Natural Science Foundation
of Guangxi (2016GXNSFDA380022); Guangxi Science and Technology Major Project (AA17204100-2);
High Level Innovation Team and Outstanding Scholar Program in Guangxi Colleges (the second batch);
Development of Science and Technology of Nanning (20181191-2, 20161312); Nanning Municipal Science
and Technology Innovation Project (20176255)

塑料具有优异的机械、耐腐蚀和耐酸碱性，已 覆材料，且生产工艺较为成熟，原料成本较低。因
被广泛应用于国防工业和国民经济中 [1-2] ，但大多数 此，本文选用 EP 作为包覆材料，并分别采用单一
塑料可燃、易燃，已成为火灾扩大的主要原因之一。 组分改性和混合组分改性两种工艺对阻燃剂进行包
因此，通常在塑料本体中添加阻燃剂，但其加入量 覆改性，研究改性后阻燃剂的疏水效果，并对其在
往往受到塑料成型工艺的限制，还可能对塑料性能 水性阻燃涂层中的热稳定性进行研究。以期为耐水
具有较大影响 [1,3] 。近年来，环保人员提倡在塑料表 阻燃涂层的研发提供新思路。
面涂覆阻燃涂层，认为这是一种高效、节能、环保，
且能显著提高材料阻燃性能的方法。 1 实验部分
阻燃涂层按防火机理分为非膨胀型和膨胀型 [4-5] ，
1.1 试剂与仪器
非膨胀型阻燃涂层主要以卤素作为阻燃剂；膨胀型
环氧树脂 E-44（EP），工业级，江西省宜春远
阻燃剂由聚磷酸铵（APP）、季戊四醇（PER）和三 大化工有限公司；聚磷酸铵（APP）、三聚氰胺
聚氰胺（MEL）组成 [2,4] 。相比于卤素阻燃剂，膨胀 （MEL），质量分数>99%，上海麦克林生化科技
型阻燃剂具有无卤、低毒、阻燃效率高等优点 [6-7] 。
有限公司；季戊四醇（粒状 PER，需在行星式球磨
因此，目前绝大多数领域使用的是膨胀型阻燃涂 机下研磨破碎形成粉状 PER 使用）、三乙烯四胺，
[8]
层 。阻燃涂层按溶剂类型分为溶剂型和水性 [9-10] ，
分析纯，天津市大茂化学试剂厂；无水乙醇，分析
溶剂型阻燃涂层在使用中溶剂直接挥发到空气中，
纯，广东光华科技股份有限公司；水性聚氨酯
对大气环境造成极大破坏；而水性阻燃涂层以水作
（PU）、水性丙烯酸树脂（AR），工业级，深圳市
为溶剂，挥发后对环境基本没有影响。因此，研发
吉田化工有限公司；滑石粉，实验纯，天津市致远
绿色环保的水性阻燃涂料的要求越来越迫切。但水
化学试剂有限公司；云母粉，工业级，上海昊弗化
性阻燃涂层的耐水性普遍较差，容易产生起皱、鼓 工有限公司；十二碳醇酯，工业级，润泰化学股
泡及脱皮等现象，极大地限制了水性阻燃涂层的应 份有限公司；消泡剂，分析纯，天津市光复精细
用。为了提高水性阻燃涂层的耐水性，降低其在水 化工研究所；去离子水，自制。聚碳酸酯（PC）
中的溶解度，对阻燃剂进行表面改性是一种常用而 塑料板，100 mm×100 mm×3 mm，东莞泽权塑胶
有效的方法 [11-12] 。Sun [13] 等采用三聚氰胺和 2,4-甲苯 材料有限公司。
二异氰酸酯对 APP 表面进行改性；刘琳 [14] 等以三聚 Frontier 型红外光谱仪，美国 PerkinElmer 公司；
氰胺-甲醛树脂为包覆物改性 APP，结果均表明：改 SU-8020 型场发射扫描电子显微镜，日本日立公司；
性 APP 在水中的溶解度降低。Hu [15] 等采用乙基纤 DSA100 型接触角测量仪，德国 KRUSS 设备公司；
维素对 APP 进行改性，发现疏水改性后的 APP 接触 B-T-9300H 型激光粒度分布仪，丹东百特科技公司；
角增大。可见，当前的研究多集中于对 APP 进行改 Discovery 型热重分析仪，美国 TA 科技公司。
性以降低其在水中的溶解度，增大其接触角。 1.2 疏水改性阻燃剂的制备
另外，MEL、PER 作为膨胀型阻燃涂层碳源和 单一组分改性是对 3 种阻燃剂成分（APP、MEL
气源，在膨胀型涂层中起着不可替代的作用 [16-17] ， 和 PER）分别进行改性，记为 EP-APP、EP-MEL 及
但 PER、MEL 同样具有水溶性 [18] ，在潮湿环境中均 EP-PER；混合组分改性是按照质量比 m(APP)∶
容易吸潮，从而使涂层的耐水性变差。因此，同样 m(PER)∶m(MEL)=(4~7)∶(1~4)∶(2~6)称取一定量
需要对 PER、MEL 进行疏水改性。此外，关于 PER、 的阻燃剂混合改性，记为 EP-Mix。具体步骤如下：
MEL 疏水改性的文章鲜有报道。EP 与胺类发生加 首先称取 4 份质量为 20 g 的阻燃剂备用，然后另取
成反应后固化形成稳定的三维网状结构，具有耐酸、 容器称取不同用量 EP（EP 用量分别为阻燃剂质量
耐碱的特点；其本身具有疏水性，是良好的疏水包 的 10%、15%、20%、25%），并超声溶解在 150 mL