植酸-酪胺盐的合成及其在木塑复合材料的阻燃抑烟作用

近期，我室设计并合成了一种全生物基阻燃剂植酸-酪胺盐（PATA），并将其与聚磷酸铵（APP）复配用于木塑复合材料（WPC）阻燃改性。该体系在WPC中表现出较为优异的阻燃及抑烟性能。相关工作发表在《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》上，第一作者为本室硕士研究生冷映梅。

【研究背景】

木塑复合材料（WPC）是一种新型环保绿色材料，可由废旧塑料和木材加工废料或者农作物秸秆等木质纤维共混制成，有助于减少废旧资源带来的环境污染和石化原料的消耗。WPC兼具木材和塑料的优点，具有良好的尺寸稳定性、耐腐蚀性、良好的加工性能和低维护成本等优点，可以作为木材的替代品，主要用作建筑材料。WPC的主要组成是木粉和高分子聚合物，两者都极易燃烧，因而WPC 很容易点燃并释放大量热量，增加了WPC的火灾风险。因此，对WPC进行阻燃改性十分重要。

【主要内容】

这项工作以生物来源的植酸和酪胺为原料，水为溶剂，室温条件下搅拌3h，通过旋蒸除去溶剂，干燥后即可得到全生物基阻燃剂PATA，收率为70 %。该阻燃剂与APP复配后，在凝聚相中表现出较为优异的协同阻燃作用。

PATA/APP协效体系可以提高WPC的LOI，降低材料的热释放和烟释放。其中WPC/PATA₁/APP₂（下标代表PATA与APP的质量百分比）的LOI提高到25%，可通过UL-94 V-0等级，pHRR降低至310 kW/m²， THR降低至80.3 MJ/ m²，Ds_max降低至501。表现出较为优异的阻燃抑烟效果。PATA可以参与凝聚相成炭过程，与APP产生协同阻燃效果。PATA/APP协效体系会促进WPC提前分解，在燃烧过程中可以生成含有P-N-C和P-O-C结构的稳定炭层，在高温条件下，进一步形成交联结构的炭层，从而起到较好的阻隔效果，赋予WPC较为优异的阻燃和抑烟性能。该工作在生物基阻燃剂阻燃WPC上取得了一定的效果。

图1 PATA的制备过程

图2 WPC/PATA_x/APP_y的阻燃机理示意图

原文链接：https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.2c00848