Page 186 - 《精细化工》2021年第1期

第 38 卷第 1 期 精 细 化 工 Vol.38, No.1
202 1 年 1 月 FINE CHEMICALS Jan. 2021

橡塑助剂
卡拉胶/金属氧化物协同聚磷酸铵制备阻燃天然橡胶

王 娜 1,2 ，辛远航 1,2 ，张鑫雨 1,2 ，尤家奇 1,2 ，张 静 1,2 ，姜 岩 1,2*

（1. 沈阳化工大学 中西高等材料研究院，辽宁 沈阳 110142；2. 沈阳化工大学 辽宁省特种功能材料合
成与制备重点实验室，辽宁 沈阳 110142）

摘要：将卡拉胶（KC）、聚磷酸铵（APP）分别和 Fe 2 O 3 、CuO、Al 2 O 3 、MnO 2 4 种金属氧化物（MO）三者复配
构成的协同阻燃剂（KC/MO/APP）加入到天然橡胶（NR）中，制备了 NR/KC/MO/APP 复合材料。通过极限氧
指数（LOI）、垂直燃烧（UL-94）、锥形量热（CCT）测试了其阻燃性能。结果表明，NR/KC/MO/APP 复合材料
的阻燃等级均达到 UL-94 V-0 级，LOI 在 26.5%~27.3%之间，具有较好的阻燃性。与 NR 相比，NR/KC/CuO/APP
复合材料的热释放速率峰值和总热释放量分别下降了 63.7%和 42.0%。同时 KC/MO/APP 还有抑烟作用，
NR/KC/Fe 2 O 3 /APP 复合材料总烟释放量比 NR 下降了 35.0%，处于最低水平。TGA 结果显示，NR/KC/CuO/APP
复合材料 800 ℃时的残炭量（W 800 ）达到 34.85%，比 NR/APP 提高了 28.7%。NR/KC/MO/APP 复合材料炭层更
致密，表明 KC/MO 与 APP 的协同作用对形成稳定炭层起着重要作用。另外，NR/KC/MnO 2 /APP 复合材料力学
性能最优，其拉伸强度和断裂伸长率比 NR/APP 分别提高 32.6%和 20.9%，表明 MnO 2 的加入可弥补阻燃剂对
NR 造成的力学性能损失。
关键词：天然橡胶；卡拉胶；金属氧化物；聚磷酸铵；膨胀型阻燃剂
中图分类号：TQ332 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2021) 01-0176-07

Carrageenan/metal oxide synergistic ammonium polyphosphate to

prepare flame-retardant natural rubber

1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
WANG Na , XIN Yuanhang , ZHANG Xinyu , YOU Jiaqi , ZHANG Jing , JIANG Yan 1,2*
（1. Sino-Spanish Advanced Materials Institute, Shenyang University of Chemical Technology, Shenyang 110142,
Liaoning, China; 2. Liaoning Provincial Key Laboratory for Synthesis and Preparation of Special Functional Materials,
Shenyang University of Chemical Technology, Shenyang 110142, Liaoning, China）
Abstract: Carrageenan (KC) and ammonium polyphosphate (APP) were compounded with four metal
oxides (MO) Fe 2O 3, CuO, Al 2O 3, MnO 2, respectively to obtain synergistic flame retardants (KC/MO/APP),
then natural rubber (NR)/KC/MO/APP composites were prepared by adding KC/MO/APP into NR. The
flame retardancy of the composites was tested by limit oxygen index (LOI), vertical combustion (UL-94)
and cone calorimetry (CCT). The results showed that the NR/KC/MO/APP composites had good flame
retardant properties, the flame retardancy reached the level of UL-94 V-0, and the LOI values ranged from
26.5% to 27.3%. The peak value of heat release rate and total heat release of NR/KC/CuO/APP composites
decreased by 63.7% and 42.0% compared with those of NR. Meanwhile, KC/MO/APP had smoke
suppression effect, and the total smoke release of NR/KC/Fe 2O 3/APP composites was the lowest, which was
35.0% lower than that of NR. TGA results revealed that the carbon residue (W 800) at 800 ℃ of
NR/KC/CuO/APP composites reached 34.85%, 28.7% higher than that of NR/APP. NR/KC/MO/APP
composites had a denser carbon layer, indicating that the synergizing effect of KC/MO and APP played an
important role in forming a stable carbon layer. In addition, NR/KC/MnO 2/APP composites had the best

收稿日期：2020-06-10; 定用日期：2020-08-17; DOI: 10.13550/j.jxhg.20200505
基金项目：国家重点研发计划“科技冬奥（2019YFF0302004）；国家自然科学基金（51973124）；沈阳市科技局中西高等材料研究院
资助项目（18-005-6-04）；2019 年度教育部“春晖计划”合作科研项目；辽宁省-沈阳材料科学国家研究中心联合研发基金
（2019JH3/30100015）；辽宁“百千万人才工程”项目（辽人社函〔2020〕78 号）
作者简介：王 娜（1977—），女，教授，E-mail：iamwangna@sina.com。联系人：姜 岩（1989—），男，讲师，E-mail：na_jiangyan@sina.com。