微胶囊化阻燃剂核壳结构调控及其在聚丙烯中成炭机理与诱导结晶行为研究

针对膨胀阻燃关键技术缺陷，利用微胶囊化技术，以具有良好成炭、耐水与力学韧性的环氧树脂为囊材，聚磷酸铵为内核，设计、合成具有优异阻燃、耐水、加工稳定性的核-壳结构型阻燃剂（MCAPP）；为改善阻燃添加剂对复合材料机械性能的不利影响，利用聚丙烯（PP）结晶形态对其力学性能存在显著影响这个特性，通过调控MCAPP的核壳结构及表面性能形貌去影响PP/MCAPP微观结晶行为，从而改进复合材料宏观力学性能。由此开发具有优异综合性能的无卤阻燃PP复合材料。阐明阻燃剂核壳微观结构、性能与PP复合材料结晶行为、阻燃、力学等宏观性能之间的关系，揭示核壳结构性能在加工、热降解过程中的演变及其影响规律，探讨相应成炭阻燃机理与诱导结晶行为模型。本项目是微胶囊化技术、阻燃科学以及结晶行为研究的有力交叉，为无卤阻燃技术的发展提供了一个新的思路，具有广阔的应用前景。

膨胀型阻燃剂环保高效，但由于自身特殊的化学结构却存在和聚合物相容性差、耐水性差、易团聚等问题。这些缺陷导致复合材料中的阻燃剂极易析出、流失，不仅影响阻燃效果，而且降低了复合材料的物理机械性能，大大限制了膨胀阻燃体系在有较高性能要求场合下的使用。本项目针对无卤膨胀阻燃体系自身缺陷，利用微胶囊化技术，分别以具有良好成炭、耐水与力学韧性的环氧树脂、硅改性环氧树脂、密胺/环氧树脂等为囊材，聚磷酸铵（APP）为内核，设计并合成多种具有优异阻燃、耐水、加工稳定性的单/双层核壳结构型阻燃剂（MCAPP）。由于壳体良好耐水性能及其优越成炭性能，MCAPP在聚丙烯（PP）中呈现良好的相容性、阻燃以及耐水性能。因此，经50oC热水处理24小时后，添加了MCAPP的PP复合材料仍可保持V-0级别，氧指数也下降较小。XRD、DSC以及偏光显微镜等结果显示，MCAPP表面物化结构变化对聚丙烯大分子链段重排与折叠行为产生了影响，导致聚丙烯复合材料结晶温度、结晶速度以及结晶类型（出现新的β晶）均发生改变。通过热失重、热失重-红外联用、锥型量热仪、扫描电镜、氧指数仪等多种手段，系统研究了复合材料的热降解与燃烧行为，发现MCAPP在燃烧过程中会释放聚磷酸，催化囊材与基体降解成炭，同时会有大量不燃性气体（如CO2,NH3等）释放，在聚合物表面形成耐热、隔热、隔氧的膨胀保护炭层，阻止火焰的蔓延与扩展，从而降低材料火灾危险性。相关研究结果发表学术论文12篇（其中SCI/EI论文10篇），申请发明专利3项（其中已授权2项）。