Page 187 - 《精细化工》2021年第1期
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第 1 期                  王   娜，等:  卡拉胶/金属氧化物协同聚磷酸铵制备阻燃天然橡胶                                 ·177·


                 mechanical properties, and the tensile strength and elongation at break were 32.6% and 20.9%, higher than
                 that of NR/APP, indicating that the addition of MnO 2 could supplement the loss of mechanical properties
                 caused by flame retardants to NR.
                 Key words: natural rubber; carrageenan; metal oxide; ammonium polyphosphate; intumescent flame retardant


                 天然橡胶（NR）已广泛应用于生活、交通、工                         同作用对天然橡胶阻燃及力学性能的影响。
                                                        [1]
            业等领域，但其属于易燃材料，氧指数仅为 17% 。
            阻燃剂是提高天然橡胶阻燃性能的常用方法之一。                             1    实验部分
            膨胀型阻燃剂（IFR）是一种极具发展前景的环保型                           1.1   试剂与仪器
                                         [2]
            阻燃剂，具有低毒、抑烟等优点 ，在燃烧过程中，
                                                                   NR，西双版纳景阳橡胶有限公司；k 型卡拉胶，
            IFR 会生成一种可以阻隔热量及氧气传递的膨胀炭
                                                               AR，浙江嘉兴玛雅试剂有限公司；APP，工业级，
            层，这层屏障可以将基体与火源隔离开来，从而防                             什邡市长丰化工有限公司；Fe 2 O 3 、CuO、Al 2 O 3 、
                                     [3]
            止基体受热分解出可燃物质 。聚磷酸铵（APP）与                           MnO 2 ，AR，天津市恒兴化学试剂制造有限公司；
                                            [4]
            多羟基化合物碳源复配可构成 IFR 。APP 单一使
                                                               无水乙醇，AR，天津市永大化学试剂有限公司；防
            用时，其阻燃效果差，并会使基体力学性能严重下                             老剂 4010，AR，山东圣奥化工股份有限公司；炭黑
                       [5]
            降。曹堃等 使用三聚氰胺接枝 APP，并与季戊四
                                                               N330，AR，萍乡市飞虎炭黑有限公司；硫磺，AR，
            醇构成膨胀型阻燃剂，结果表明，阻燃剂质量分数
                                                               山东佳化化工有限公司；液体石蜡，AR，南京裕德
            为 25%时，聚丙烯的氧指数达到 30%以上，阻燃等                         恒精细化工有限公司；促进剂 CZ、促进剂 TMTD，
                                            [6]
            级也达到 UL-94 V-0 级。FANG 等 使用 APP 和壳
                                                               AR，天津市有机化工一厂；ZnO，AR，大连氧化锌
            聚糖组成膨胀型阻燃涂料，通过层层自组装技术构
                                                               厂；硬脂酸，AR，大连大平油脂化学有限公司。
            建在棉织物表面，结果表明，涂层织物热释放量明
                                                                   JF-3 型氧指数仪（LOI），南京市江宁区分析仪
            显降低，燃烧时间很短并有效控制火焰蔓延，具有
                                                               器有限公司；CZF-2 型 UL-94 测定仪（UL-94），南
            较好效果。                                              京市江宁区分析仪器有限公司；STA449C 型热失重
                 金属氧化物（MO）在阻燃方向的应用已有研                          分析仪（TG），德国驰耐公司；EN ISO 1716 型锥形
              [7]
                          [8]
            究 。蒋云芸等 将 Al 2 O 3 添加到聚碳酸酯（PC）阻                    量热仪（CCT），英国 FTT 公司；Instron2360 型电
            燃体系中，发现 Al 2 O 3 使材料垂直燃烧 UL-94 级别                  子万能试验机，深圳瑞格尔仪器检测有限公司；
                                          [9]
            从无等级提高到 V-0 级。陈明军等 将 Cu 2 O、Fe 2 O 3 、             JSM-6360LⅤ型扫描电子显微镜（SEM），日本 JEOL
            Ni 2 O 3 、Co 2 O 3 作为阻燃协效剂添加到聚氨酯泡沫塑                公司；GT-M2000-A 型橡胶硫化测定仪，高铁科技
            料中，结果发现，只有 Cu 2 O 能提高基体的阻燃效                        股份有限公司；XK-160 型炼焦机（Φ160），青岛环
            果。但单一使用 MO 往往需要大量加入才能达到效                           球机械股份有限公司；XLB 型平板硫化机，中国青岛
            果，因此，MO 常作为协效剂加入到不同的阻燃体                            亚东橡机有限公司；动态力学性能测试仪 DMAQ800
            系中以实现不同的效果。                                        （DMA），美国 TA 公司；Instron2360 型万能试验
                 卡拉胶（KC）是一种天然硫酸多糖，是食品工                         机，深圳瑞格尔仪器检测有限公司。
            业中重要组成部分         [10] 。KC 中的硫酸酯基团可以与               1.2   实验方法
            金属离子共同发挥阻燃作用              [11-13] 。张全意 [14] 将 KC       先将 NR 在开炼机上塑炼 10~15 min，再将 NR
            与 AlCl 3 结合，制备 K-AL 型卡拉胶纤维，发现其极                    混炼，胶料混炼加料顺序及添加量：硬脂酸 4.0 g，
            限氧指数（LOI）达到 39%，这是由于金属离子通                          ZnO 5.0 g，促进剂 CZ 0.8 g，防老剂 4010 1.0 g，炭
            过与 KC 结合从而提高纤维阻燃能力。LI 等                 [15] 将层    黑 N330 35.0 g，液体石蜡 1.0 g，KC 10.0 g，APP
            状双氢氧化物插入 KC，制备了卡拉胶薄膜，测试发                           25.0 g，金属氧化物 5.0 g。将所有混炼橡胶在室温
            现改性卡拉胶薄膜具有较好的热稳定性、防火安全                             下放置 24 h 后采用硫化测定仪测定橡胶硫化时间，
            性和气密性，同时还具有良好的力学性能。本课题                             再采用平板硫化机进行硫化。混炼橡胶的硫化温度
            组将 KC 包覆 APP 制备阻燃微球，其提高了环氧树                        均为 150 ℃。复合材料具体配方见表 1。
            脂（EP）的阻燃性能，但对于 EP 的抑烟，力学性                          1.3   结构表征与性能测试
            能等方面仍有待改善。                                             参照 GB/T 10707—2008   [16] ，采用氧指数测定仪
                 本文拟以 Fe 2 O 3 、CuO、Al 2 O 3 、MnO 2  4 种金属     和 UL-94 测定仪测定复合材料的 LOI 和 UL-94 等
            氧化物分别 KC 和与 APP 进行复配，构成的生物质                        级，试样尺寸分别为 150  mm × 6.5  mm × 3  mm 和
            膨胀型阻燃剂加入到天然橡胶中，探究阻燃剂的协                             (126±3) mm × (13.0±0.3) mm × (3.0±0.2) mm。采用
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