Page 39 - 《精细化工》2020年第12期

第 12 期 周新科，等: β-环糊精基阻燃剂的应用进展
将含 β-CD 的有机硅低聚物（CDS）作为阻燃剂与含
有炭化发泡剂（CFA）的 IFR 复配用于 PP 阻燃。结
果表明，CDS 在酸源的催化下，加速成炭，在复合
材料表面形成连续致密的炭层，阻燃效果增加。CDS
与 CFA 发挥协同阻燃作用，促进 PP 复合材料成炭
以及提高其稳定性。
在此基础上，TEOH 等 [36] 采用 β-CD 与磷系阻燃
剂异丙基三芳基磷酸酯（FR）复配，用来提高 PLA/
聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）共混物的阻燃性能。
当 β-CD 与 FR 质量比为 1∶1 时，PLA/PMMA 复合
材料 LOI 值为 29.3%，通过 UL-94 V-0 等级。FR 分
解产生多聚磷酸，可与 β-CD 交联成炭，在复合材
料表面形成了一层致密、连贯、覆盖性广的富磷炭
层，有效限制了氧气的扩散和挥发性物质进入样品，
从而延缓了聚合物基体的热分解。
窦艳丽等 [37] 将 β-CD 与 APP 复配后，在黄麻/PP
复合材料表面热压形成阻燃层。结果表明，当 β-CD
与 APP 的质量比为 1∶2 时，复合材料水平燃烧 58 s
后自熄，且 LOI 值达到 26.6%。当 β-CD 与 APP 复
配使用时，APP 会受热分解产生磷酸，磷酸可使聚
合物表面脱水成炭，生成非挥发性的磷酸酯覆盖于
基体表面，且生成的磷酸又能与 β-CD 中羟基发生
酯化反应，促进材料成炭，提高复合材料的阻燃性
能。
2.5 其他
VEERAPPAGOUNDER 等 [38] 将阻燃剂磷酸二铵
应用于 β-CD 接枝的棉织物上，并通过 1,2,3,4-丁烷四
羧酸（BTCA）对织物进行交联（图 2），分析了 β-CD
接枝和 BTCA 处理对织物阻燃整理的影响。β-CD 可
有效地用于织物的阻燃整理，而不影响织物的手感
和物理性能，且织物具有较好的耐水洗性。β-CD 的
空腔具有掩蔽作用，可抑制有毒气体的产生；另外，
β-CD 接枝是一种新型绿色生产耐久性 FR 整理剂的
方法，可有效用于生产多功能 FR 整理剂。
图 2 CD 和 BTCA 在棉织物上的组装
Fig. 2 Assembly of CD and BTCA on cotton fabric [38]
·2401·
综上所述，当 β-CD 中引入含 P、Si 或金属离子
时，会促进其表面羟基脱水成炭，炭化能力明显增
强。将 β-CD 及其衍生物与其他阻燃剂复配使用，
弥补了单一阻燃剂阻燃效率低的缺陷，大大提高了
阻燃性能，因此，开发 β-CD 复合高效阻燃剂是 β-CD
未来的发展方向。目前，有关 β-CD 的改性处理主
要是对其分子外侧的羟基进行多种形式的改性，其
空腔和孔道是否也可进行改性修饰，目前文献报道
较少，需要更进一步的研究。
根据查阅国内外相关文献，金属离子和 Si 改性
β-CD 在阻燃领域的应用研究较少，根据其成炭能力
以及多羟基结构进行改性，可赋予其新的功能基团，
选择合适的基体，可达到优良的阻燃效果 [39-40] 。
3 形成一体化的 β-CD 基 IFR
β-CD 具有一个外环亲水、内环疏水的三维空腔
结构，且 β-CD 的化学键在一定程度上具有柔韧性，
因此，其可以充当“宿主”分子来容纳不同的“客
体”分子，从而形成一体化的“宿主-客体”包合物 [41] 。
另外，形成一体化的包合物与单体 β-CD 相比，具
有热稳定性及耐水性好等特性。目前，一体化的
β-CD 基 IFR 主要包括：β-CD 络合物、β-CD 微胶囊
和 β-CD 纳米粉体 3 种形式。
3.1 β-CD 络合物（IC）
WANG 等 [42] 以 β-CD 为“主体”，以聚乙二醇
（PEG）为“客体”制备聚对苯二甲酸（PPR）包合
物，然后将 PPR 与 APP 和 MA 复配得到 APP/MA/
PPR 混合物应用到 PLA 上。TG 表明，在氮气气氛
下，APP/MA/PPR 体系在 400 ℃时的残炭率高达
60.6%，表明其具有较好的阻燃性能。β-CD 与 PEG
的包合物具有较好的石墨化网络结构，且包合物
PPR 中相邻 β-CD 分子间的羟基能够与 APP 反应成
炭，β-CD 在 PEG 主链上的有序排列导致更有效的
炭化，最终留下更多的残炭。
SHAN 等 [43] 又以 β-CD 为主体分子，以二茂铁
（FE）为客体分子制备了 β-CD 包合物（β-CD@FE），
然后通过 β-CD@FE 与中空介孔二氧化硅（HMS）
的自组装，制备了 β-CD@FE@HMS 微球（见图 3），
将其加入环氧树脂（EP）中制备了 EP 复合材料。
与纯 EP 相比，阻燃 EP 的热释放率峰值（PHRR）
和 THR 分别降低了 11.0%和 12.3%，且在 EP 复合
材料的表面形成一层高质量的炭层。β-CD 具有良好
的包合及炭化能力，FE 具有良好的催化炭化作用，
当二者形成包合物加入到 EP 中，使 EP 形成一个更
[38] 为牢固、质量更好的炭层，提高了其阻隔高温和氧
气的能力，进而提升了阻燃性能。