绿色阻燃成炭剂的结构优化与应用研究开题报告

1. 研究目的与意义

我国阻燃剂已经成为了仅次于增塑剂的第二大高分子材料改性助剂 。在阻燃剂中，卤系阻燃剂由于燃烧时释放出了有毒物质，对环境和人类危害很大，且近些年来很多国家颁布了环保法案，卤系阻燃剂终将被无卤阻燃及替代。无卤阻燃剂中的膨胀型阻燃剂（IFR）按照机理可以分成物理膨胀型阻燃剂（如膨胀石墨）和化学膨胀型阻燃剂，两者的区别在于阻燃剂在受热过程中是否有化学反应产生。在IFR 阻燃高分子时，材料表面会形成一层均匀的炭质泡沫层，起到隔热、隔氧、抑烟和防止融滴的作用，具有低烟、低毒的特点。IFR 主要由炭源 (成炭剂) 、酸源 ( 脱水剂) 和气源 (发泡剂) 三部分组成，分为混合型IFR 和单质型（“三位一体”型）IFR 两种。阻燃剂的绿色化是IFR 的发展趋势。近年来，山茶壳提取物茶皂素(TS)、海草提取物藻朊酸盐、壳聚糖、丁香油酚、糠胺等都被引入IFR 阻燃体系，具有环境友好、多功能等的特点。经东北林业大学调查，防火能力强的树种有刺槐、核桃、加杨、青杨，而旱柳、火炬树、香椿、紫穗槐、元宝槭、毛白杨、柿树、黄连木、山桃等。

IFR由于对环境友好，具有其他阻燃剂不可比拟的优势，常被用来阻燃各种聚合物，但由于其存在一些缺点，如吸湿、迁移、效率不高等，许多学者在IFR改性方面做了很多工作。 IFR 的阻燃机理主要是凝聚相阻燃机理，IFR 产生的炭层的数量和致密性、热稳定性直接决定了阻燃材料的阻燃性能。

2. 研究内容和预期目标

IFR在燃烧过程中产生的炭层的数量以及致密性等因素决定了其对于聚合物材料的阻燃效果，这取决于阻燃材料的成炭性能以及协效剂的匹配性。所以，阻燃成炭剂的结构优化与应用研究是膨胀阻燃技术的一个重要课题。目前阻燃成炭剂种类存在以下问题：添加量大、成炭效率低、炭层不够致密、炭层强度不够高等。造成这些问题的原因可能是成炭剂与酸源或催化剂在基体材料中分散性不好，导致在受热时成炭剂与酸源或催化剂不能良好的接触而使成炭效率降低。

本课题拟在天然植物中筛选耐火植物或常见多汁植物（如常春藤、刺槐），提取其中具有复杂芳香环（如酚类）结构的汁液或组织，获得有用成分，再根据应用需要，采用磷酸化、硫酸化等手段对化合物进行改性，获得绿色的成炭剂、协效剂，并将其用于聚氨酯、聚乙烯等高分子的膨胀型阻燃体系。

3. 研究的方法与步骤

研究思路：

植物筛选→汁液提取→阻燃成分提取、精制→化学改性→优化配伍→阻燃高分子制备→性能检测→优化配方

4. 参考文献

[1]姜子维.聚磷酸铵包覆和高效成炭剂合成及其阻燃聚丙烯研究[d].导师：刘够生.华东理工大学，2016.

[2]葛维娟.三嗪类超支化聚脲成炭剂的制备及在聚丙烯中的应用[d].导师：晏泓.太原理工大学，2016.

[3]刘鑫鑫，钱立军，王靖宇，奚望.阻燃材料中成炭剂的研究进展[j].中国塑料，2015，(11)：7-16.

5. 计划与进度安排

（1）2022-2-15~2022-3-1，查阅资料，准备开题报告，论文翻译；

（2）2022-3-20~2022-4-2，植物筛选，提取汁液或组织，获得有用成分 。

（3）2022-4-3~2022-4-23采用磷酸化、硫酸化等手段对化合物进行改性，优化配方，获得绿色的成炭剂、协效剂。