Page 197 - 《精细化工》2022年第2期

第 2 期 王建航，等: DOPS 衍生物阻燃剂的合成及聚乳酸复合材料的性能 ·401·

表 3 复合材料 PLA/MAH-DOPS 残炭的 EDS 数据 小的趋势，PLA/MAH-DOPS-5%的弯曲强度最大；
Table 3 EDS data of char residue from PLA/MAH-DOPS 然后随着 MAH-DOPS 质量分数的增大，弯曲强度
composites
略有降低，PLA/MAH-DOPS-15%比纯 PLA 降低了
质量分数/%
样品 4.09%，这是因为，MAH-DOPS 分子结构中既有刚
C O P S
性的苯环结构，又有柔性的马来酸酐基团。随着
PLA/MAH-DOPS-5% 65.83 24.16 9.12 0.89
PLA/MAH-DOPS-10% 55.98 30.97 11.50 1.55 MAH-DOPS 质量分数的增大，马来酸酐基团的质量
PLA/MAH-DOPS-15% 52.42 35.94 10.32 1.32 分数增加，复合材料的柔性增大，从而使复合材料
的刚性呈现出先增加后减小的趋势 [15] 。研究表明，
由图 6 可见，从炭层的微观结构来看，随着阻
添加阻燃剂 MAH-DOPS 后，复合材料 PLA/MAH-
燃剂 MAH-DOPS 质量分数的增大，形成的炭层更
DOPS 仍保持良好的力学性能。
加致密、连续，可以隔绝内部可燃物质与氧气和热
源的接触，阻止材料的进一步燃烧，起到一定的凝 3 结论
聚相阻燃作用 [21] 。由表 3 可知，随着 MAH-DOPS
质量分数的增大，残炭中 C 的质量分数逐渐减少， 本文合成了一种磷杂菲衍生物阻燃剂 MAH-
P、S 的质量分数增大，说明复合材料 PLA/MAH- DOPS，对其结构和热性能进行了表征，然后将其添
DOPS 在燃烧后会生成聚磷酸、硫酸等强酸，促进 加到 PLA 中，研究了 MAH-DOPS 对 PLA 的热稳定
基材脱水成炭，从而在凝聚相发挥阻燃作用。 性、阻燃性能、热降解行为和力学性能的影响，结
2.5 PLA/MAH-DOPS 的力学性能 论如下：
对 PLA/DOPO-HQ-5%和 PLA/MAH-DOPS-5% （1）已经成功合成了阻燃剂 MAH-DOPS，
的力学性能进行测试，探究了 DOPO-HQ 和 MAH- MAH-DOPS 在 N 2 气氛下具有良好的热稳定性，其
DOPS 对 PLA 复合材料力学性能的影响，PLA 复合 熔点为 203.6 ℃，初始分解温度为 235.2 ℃，700 ℃
材料的力学性能数据如表 4 所示。 的残炭量为 19.07%。
（2）阻燃剂 MAH-DOPS 中的 P、S 元素产生了
表 4 PLA 及其复合体系的力学性能 协同阻燃作用，提高了阻燃效率，改善了 PLA 的阻
Table 4 Mechanical properties of PLA and its composite
system 燃性能。当阻燃剂质量分数为 5%（P 质量分数
0.47%）时，PLA/MAH-DOPS-5%的 LOI 为 28.1%，
弯曲强度/ 拉伸强度/ 缺口冲击强度/
样品 2
MPa MPa (kJ/m ) 达到 UL-94 V-0 级，与纯 PLA 相比，其弯曲强度升
PLA 94.58 66.89 3.54 高，拉伸和缺口冲击强度略有降低，仍保持了良好
PLA/DOPO-HQ-5% 93.18 61.53 3.09
的力学性能。
PLA/MAH-DOPS-5% 97.10 63.74 3.35
（3）CONE 和 TG-FTIR 测试结果表明，添加阻
PLA/MAH-DOPS-10% 92.54 63.45 3.07
燃剂 MAH-DOPS 后，复合材料 PLA/MAH-DOPS 的
PLA/MAH-DOPS-15% 90.71 62.99 2.97
THR、Av-EHC 降低，TSR、Av-COY 显著增加，说

由表 4 可见，纯 PLA 的拉伸强度和弯曲强度分
明 MAH-DOPS 主要在气相发挥阻燃作用，可能是
别为 66.89 MPa 和 94.58 MPa，缺口冲击强度为 因为气相中产生了含磷自由基，捕捉了 H•、O•或•OH
2
3.54 kJ/m 。PLA/DOPO-HQ-5%的弯曲强度、拉伸强 等自由基，起到了自由基猝灭作用。SEM-EDS 测试
度和缺口冲击强度均有所下降，分别为 93.18 MPa、 结果表明，聚磷酸、硫酸的生成促进了基材脱水成
2
61.53 MPa 和 3.09 kJ/m ，下降幅度分别为 1.48%、
炭，从而起到一定的凝聚相阻燃作用。
8.01%和 12.71%。PLA/MAH-DOPS-5%的弯曲强度
本文研究发现 PLA/MAH-DOPS 复合材料的成
为 97.10 MPa，比纯 PLA 提高了 2.66%，拉伸强度 炭性能较差，下一步拟通过复配改善其成炭性能，
2
和缺口冲击强度分别为 63.74 MPa 和 3.35 kJ/m ，分 增强其在凝聚相的阻燃作用，进而提高其阻燃性。
别比纯 PLA 下降了 4.71%和 5.37%；两者对比可知，
PLA/MAH-DOPS-5%具有更优异的力学性能。由表 参考文献：
4 可见，随着 MAH-DOPS 质量分数的增大，PLA 复 [1] JIA L, ZHANG W C, TONG B, et al. Crystallization, flame-retardant,
合材料的拉伸强度和缺口冲击强度均出现了下降趋 and mechanical behaviors of poly(lactic acid)/9,10-dihydro-
9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide-calcium montmorillonite
势，当 MAH-DOPS 的质量分数为 5%时，两者下降
nanocomposite[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2018, 135:
不明显；当 MAH-DOPS 的质量分数达到 15%时， 46982.
两者比 PLA 的分别降低了 5.83%和 16.10%，说明 [2] ASHWIN B, ABINAYA B, PRASITH T P, et al. 3D-poly(lactic
acid) scaffolds coated with gelatin and mucic acid for bone tissue
MAH-DOPS 与 PLA 具有较好的相容性，对 PLA 的 engineering[J]. International Journal of Biological Macromolecules,
力学性能影响不大。弯曲强度则呈现出先增大后减 2020, 162(1): 523-532.