高反应活性聚磷酸铵核-壳结构粒子的合成及其阻燃应用研究

聚磷酸铵（APP）作为新型高效无卤阻燃添加剂已得到广泛应用，然而APP较强的吸湿性将使其逐步水解迁出并丧失阻燃能力。蜜胺包覆APP能够有效屏蔽APP吸湿性，但化学惰性的包覆表面难与同聚合物基体形成良好的界面作用，从而造成材料机械性能的显著下降。为此，本项目拟选用甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）单体通过原位乳液聚合手段获得APP/ 聚甲基丙烯酸缩水甘油酯（PGMA）高反应活性核-壳结构阻燃粒子，利用高反应活性环氧基团通过化学反应同聚合物基体形成良好的界面作用，在屏蔽APP吸湿特性、满足安全阻燃的同时实现其对聚合物基体力学性能的增强。本项目拟研究核-壳结构粒子形态结构控制、功能化能设计以及核-壳结构粒子/聚合物复合材料的结构与性能，合成高反应活性功能化APP核-壳结构阻燃粒子，从而拓展APP在阻燃复合材料中的应用领域，同时为开发综合性能突出的高性APP添加阻燃复合材料提供理论基础和实验依据。

聚磷酸铵（APP）是一种应用广泛的新型高效无卤阻燃添加剂，然而APP较强的吸湿性将使其逐步水解迁出并丧失阻燃能力。用蜜胺（MF）包覆APP能够有效阻止APP吸湿性，但包覆表面具有化学惰性，与聚合物基体之间的界面作用较弱，因而造成材料机械性能的显著下降。为此，本项目选用甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）单体通过原位乳液聚合手段获得APP/ 聚甲基丙烯酸缩水甘油酯（PGMA）高反应活性核-壳结构阻燃粒子，利用高反应活性环氧基团通过化学反应同聚合物基体形成良好的界面作用，在屏蔽APP吸湿特性、满足安全阻燃的同时实现其对聚合物基体力学性能的增强。在项目执行期间，我们对以下内容进行了研究：（1）APP核-壳结构粒子及其在硬质聚氨酯泡沫（RPUF）中的阻燃应用研究；（2）可膨胀石墨（EG）核-壳结构粒子及其在RPUF中的阻燃应用研究；（3）EG/APP协同阻燃ABS的应用研究。另外，我们还利用科研经费对以下两个进行了延伸研究：隔离结构导电聚合物复合材料研究；氧化石墨烯/聚乙烯醇膜阻隔性能研究。研究结果表明，将微胶囊化技术制备核-壳结构型阻燃剂用于阻燃RPUF，可使APP的吸水率从3g/100g显著降低到1g/100g，避免了APP在使用过程中析出，从而提高了RPUF阻燃性能的耐久性；同时，包覆壳层与RPUF具有良好的界面相容性，因此改善了泡沫材料的力学性能。此外，研究还发现聚合物-APP核-壳结构型阻燃剂与季戊四醇、EG具有协同作用。聚合物-EG核-壳结构型阻燃剂的表面聚合物壳层可抑制膨胀气体在EG膨胀之前逸出，使其膨胀倍率从40mL/g大幅提高至70mL/g，阻燃效率得到显著提高。添加10 wt%的微胶囊化EG即可使RPUF达到V-0级。