Page 196 - 《精细化工》2020年 第10期

·2126· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 37 卷

28.19%, indicating that KC-FR could promote the carbonization of EP. SEM analysis of carbon residue
indicated that the carbon layer on the surface of EP2 was more dense, which indicated that KC-FR played
an important role in promoting the formation of stable and dense carbon layer.
Key words: flame retardant; smoke suppression; waterborne epoxy; carrageenan; ammonium polyphosphate;
MnO 2; rubber and plastics auxiliaries

水性环氧树脂（EP）以其优异的化学和物理性 1 实验部分
能被广泛应用于胶黏剂、涂料等领域 [1-3] 。然而，EP
的易燃性限制了其在钢结构防护等领域的应用 [4-5] 。 1.1 试剂与仪器
另外，由于 EP 含有大量芳香环结构，在燃烧时会 k 型卡拉胶（KC），AR，浙江嘉兴玛雅试剂有
产生大量热量和有毒气体。当火灾发生时，吸入这 限公司；MnO 2 、环氧氯丙烷，AR，天津大茂化学
些致命烟雾是造成生命损失的主要原因 [6-7] 。因此， 试剂厂；无水乙醇，AR，天津市永大化学试剂有限
[8]
对 EP 进行阻燃抑烟处理成为工业界的研究热点 。 公司；过氧化氢（质量分数 30%），AR，辽宁嘉诚
通常，减少可燃物生烟的方法有两种：一是对 精细化工品有限公司；司班 80，AR，天津市瑞金特
化学品有限公司；环己烷，AR，天津富宇精细化工
材料的结构和性质进行研究，通过改性来减少材
料燃烧产生的烟雾；二是使用抑烟协效剂 [9-10] 。添 有限公司；聚磷酸铵（APP），AR，山东优索化工科
技有限公司；水性环氧树脂 3520-WY-55A、固化剂
加抑烟协效剂是一种简单有效的方法，被工业界广
8545-W-52，工业级，美国瀚森公司。
泛应用。过渡金属氧化物是一种良好的抑烟协效
Nicolet MAGNA-IR560 型傅里叶变换红外光谱
剂，通常与其他阻燃剂复配使用，既可以降低聚合
仪（FTIR），美国 Nicole 公司；D8Advance 型 X 射
物基体烟气产生量，又可以使极限氧指数（LOI）提
高 [11-14] 。根据文献报道，氧化铁和氧化锰等金属氧 线衍射仪（XRD），德国布鲁克公司；JSM-6360LV
型扫描电子显微镜（SEM），日本 JEOL 电子公司；
化物具有 Lewis 酸催化成炭作用，可以与膨胀阻
STA449C 型热失重（TGA）分析仪，德国 Netzsch
燃剂协同使用来提高聚合物成炭量和改善炭层结 公司；JF-3 型氧指数仪（LOI）、CZF-2 型 UL-94 测
构 [14-15] 。二氧化锰（MnO 2 ）是一种典型的过渡金属
定仪（UL-94），南京市江宁分析仪器有限公司；EN
氧化物，因其具有含量丰富、相对成本较低等优点，
ISO 1716 型锥形量热仪（CCT），英国 Fire Testing
在工业生产中得到广泛应用，近年来，其在催化阻 Technology（FTT）公司；IKA 数显型分散机 T 25
燃领域也崭露头角 [16-17] 。FENG 等 [18] 将 MnO 2 作为
digital，德国 IKA 公司。
阻燃协效剂与传统阻燃剂聚磷酸铵（APP）进行复
1.2 方法
配使用，不但证明了 MnO 2 与 APP 有协同作用，而
1.2.1 KC-FR 的制备
且发现当 MnO 2 添加量为总样品质量的 1%时，可以 [21]
根据文献制备降解 KC ，取 5 g KC 溶解在
显著提高阻燃复合材料聚丙烯（PP）的 LOI 值及残
500 mL 蒸馏水中，过滤，然后将 500 mL 0.5 mol/L
炭率。
的氯化钡溶液加入其中，搅拌均匀后，无水乙醇洗
APP 作为一种传统的阻燃剂，因其高效性被广 涤抽滤 3 次，烘干，备用。
泛应用于阻燃领域。但 APP 存在与聚合物基体相容
取一定量研磨好的上述降解 KC，在 95 ℃水浴
性、抗迁徙性较差等缺点，所以通常采用物理包覆 条件下溶解于蒸馏水中，向溶液中滴加两滴质量分
进行改性 [19] 。卡拉胶（KC）是一种良好的生物质阻 数为 1%的 NaOH 溶液，分别配制 KC、APP 和
燃材料，本实验组将其作为壳层材料对 APP 进行包 MnO 2 三者质量比为 2∶1∶1、3∶1∶1 和 4∶1∶1
覆，制备卡拉胶包覆聚磷酸铵阻燃微 球 的水溶液 10 mL，搅拌均匀作水相。量取 80 mL 环
（k-CM/APP）。实验表明，KC 可以对 APP 良好包 己烷和 20 mL 氯仿（两者体积比为 4∶1）作油相，
覆，k-CM/APP 具有完整的微球结构，且其可以提 加入油相体积 2%的司班 80，搅拌均匀。将水相加
高 EP 的阻燃性能，但是对 EP 基体的抑烟性能提升 入油相，用分散机乳化 10 min（转速为 20000 r/min）。
并不明显 [20-21] 。基于以上研究，为了进一步提升 EP 将乳液转入三口瓶中，加入 2 mL 环氧氯丙烷，在
的阻燃抑烟性能，本文采用 KC 作为壳层材料，对 40 ℃水浴下反应 4 h 后，旋转蒸干溶剂，最后在
APP 和 MnO 2 进行包覆处理，制备一系列的复合阻 3500 r/min 离心机中用无水乙醇离心洗涤 3 次，烘
燃剂（KC-FR），探究 KC、APP 和 MnO 2 三者质量 干，备用，制得 KC-FR 复合阻燃剂，包覆示意图如
比对 EP 的阻燃以及抑烟效果。 图 1 所示。