植酸在聚合物材料阻燃应用领域的研究进展

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.03.019

中国塑料 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (3): 139-150.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.03.019

植酸在聚合物材料阻燃应用领域的研究进展

张泽, 刘帅东, 崔永岩()

天津科技大学化工与材料学院，天津 300457

收稿日期:2020-08-11 出版日期:2021-03-26 发布日期:2021-03-22

Research Progress in Application of Phytic Acid for Flame Retardancy of Polymeric Materials

ZHANG Ze, LIU Shuaidong, CUI Yongyan()

School of Chemical Engineering and Materials，Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300457，China

Received:2020-08-11 Online:2021-03-26 Published:2021-03-22
Contact: CUI Yongyan E-mail:cyy@tust.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

植酸具有较高含量的阻燃元素磷，作为一种重要的有机磷系添加剂已被广泛地应用在食品、医药等领域，而作为阻燃剂的应用目前尚有较大的发展空间。按照织物阻燃、塑料阻燃、搭建绿色阻燃膨胀体系将植酸在聚合物材料阻燃应用上的研究成果分为3类，并对一些优秀科研成果的研究思路、内在原理、改性效果进行了简要介绍。最后，提出了未来在植酸阻燃应用发展方向的思考。

关键词: 植酸, 聚合物, 阻燃, 膨胀体系

Abstract:

Phytic acid has a high content of phosphorus for flame retardancy. As an important organophosphorus additive， phytic acid has been widely used in food， medicine， and other fields. However， the application of phytic acid as a flame retardant still has a large space for development. This article classifies the current research findings of phytic acid for the flame retardant application of polymer materials into three categories： fabric flame retardancy， plastic flame retardancy， and intumescent flame retardancy for green buildings. Some representative experimental protocols were introduced briefly. Moreover， the future trend in the development of phytic acid as a flame retardant was prospected.

Key words: phytic acid, polymer, flame retardant, expansion system

中图分类号:

TQ314

张泽, 刘帅东, 崔永岩. 植酸在聚合物材料阻燃应用领域的研究进展[J]. 中国塑料, 2021, 35(3): 139-150.

ZHANG Ze, LIU Shuaidong, CUI Yongyan. Research Progress in Application of Phytic Acid for Flame Retardancy of Polymeric Materials[J]. China Plastics, 2021, 35(3): 139-150.

图/表 9

图1 植酸的分子式

Fig.1 Molecular formula of phytic acid

图2 壳聚糖/(SMF+植酸)阻燃整理棉织物的实验原理示意图

Fig.2 Schematic diagram of experimental principle of chitosan/(SMF+phytic acid) flame retardant finishing cotton fabric

图3 生物基协同阻燃剂PBN的合成路线

Fig.3 Synthetic route of bio?based synergistic flame retardant PBN

图4 PCQS的合成路线

Fig.4 Synthetic route of PCQS

图5 采用逐层工艺制备经处理涤纶织物样品

Fig.5 Preparation of treated polyester fabric samples by layer?by?layer process

图6 MPCNT的合成路线图

Fig.6 Synthetic route of MPCNT

图7 锥形量热仪测试后残留物的SEM照片

Fig.7 SEM images of the residues after cone calorimeter tests

图8 PVC/Mg(OH)2@M?Phyt材料冲击断面的SEM照片

Fig.8 SEM image of the cross?section of PVC/Mg(OH)2@M?Phyt material

国家塑料制品质量监督检验中心（北京）

参考文献 57

1	井蒙蒙，刘继纯，刘翠云，等.高分子材料的阻燃方法［J］.中国塑料，2012，26（2）：13⁃19.
	JING M M， LIU J C， LIU C Y， et al. Flame Retardant Methods of Polymer Materials［J］. China Plastics， 2012， 26（2）： 13⁃19.
2	董金虎.聚合物阻燃剂研究进展［J］.塑料科技，2012，40（5）：100⁃105.
	DONG J H. Research Progress on Flame Retardant of Polymer［J］. Plastics Science and Technology， 2012， 40（5）： 100⁃105.
3	贾园，张鹏，刘振等.阻燃高分子材料的开发及其应用研究进展［J］.中国塑料，2019，33（10）：120⁃127.
	JIA Y， ZHANG P， LIU Z， et al. Development， Application and Research Progress in Flame⁃Retardant Polymer Materials［J］. China Plastics， 2019， 33（10）： 120⁃127.
4	荣智，陈启杰，赵雅兰，等.生物基绿色阻燃剂的研究进展［J］.现代化工，2020（7）：50⁃54.
	RONG Z， CHEN Q J， ZHAO Y L， et al. Research Progress of Bio⁃based Green Flame Retardants［J］. Modern Chemical Industry， 2020（7）：50⁃54.
5	马东，赵培华，李娟.生物基阻燃剂的设计、制备和应用研究进展［J］.工程塑料应用，2016，44（10）：134⁃137.
	MA D， ZHAO P H， LI J. Progress in Design， Preparation and Application of Bio⁃Based Flame Retardants［J］. Engineering Plastics Application， 2016， 44（10）： 134⁃137.
6	杨明山，赵明.实用塑料配方设计·改性·实例［M］.北京：化学工业出版社，2018：117⁃118.
7	刘杰，童天娇，刘军海.植酸的生物活性及应用［J］.四川化工，2019，22（6）：15⁃18.
	LIU J， TONG T J， LIU J H. The Biological Activity and Application of Phytic Acid［J］. Sichuan Chemical Industry， 2019， 22（6）： 15⁃18.
8	沈兰萍.织物结构与设计［M］.北京：中国纺织出版社，2005：2.
9	孔卫红.纺织纤维的分类［J］.今日科技，1994（1）：32.
10	SHAVANDI A， ALI M A. Graft Polymerization onto Wool Fibre for Improved Functionality［J］. Progress in Organic Coatings，2019， 130： 182⁃199.
11	康斌霞，杨建忠，张国生.浅析纺织品阻燃现状及发展［J］.纺织报告，2019（12）：31⁃32.
	KANG B X， YANG J Z， ZHANG G S. Analysis on The Status and Development of Textile Flame Retardant［J］. Textile Report， 2019（12）： 31⁃32.
12	张月.纺织品阻燃性能探析［J］.辽宁丝绸，2019（1）：26⁃27.
13	涂莉，孟家光.天然织物所用染料及其染色性能的改善研究进展［J］.纺织科学与工程学报，2019，36（3）：95⁃101.
	TU L， MENG J G. Dyes Used in Natural Fabrics and The Improvement of Their Dyeing Properties［J］. Journal of Textile Science and Engineering， 2019， 36（3）： 95⁃101.
14	魏东东.棉织物用阻燃抗菌疏水有机硅功能助剂的制备及应用研究［D］.青岛：青岛大学，2019.
15	LAUFER G， KIRKLAND C， MORGAN A B， et al. Intumescent Multilayer Nanocoating， Made with Renewable Polyelectrolytes， for Flame⁃Retardant Cotton［J］. Biomacromolecules，2012， 13（9）： 2 843⁃2 848.
16	PAN Y， ZHAO H. A Novel Blowing Agent Polyelectrolyte for Fabricating Intumescent Multilayer Coating That Retards Fire on Cotton Fabric［J］. Journal of Applied Polymer Science，2018， 135（32）： 46583.
17	ZHANG Z， MA Z， LENG Q， et al. Eco⁃friendly Flame Retardant Coating Deposited on Cotton Fabrics from Bio⁃based Chitosan， Phytic Acid and Divalent Metal Ions［J］. International Journal of Biological Macromolecules，2019， 140： 303⁃310.
18	ZILKE O， PLOHL D， OPWIS K， ET AL. A Flame⁃Retardant Phytic⁃Acid⁃Based LbL⁃Coating for Cotton Using Polyvinylamine［J］. Polymers，2020， 12（5）： 1⁃15.
19	BARBALINI M， BARTOLI M， TAGLIAFERRO A， et al. Phytic Acid and Biochar： An Effective All Bio⁃Sourced Flame Retardant Formulation for Cotton Fabrics［J］. Polymers，2020， 12（4）： 811.
20	ZHU W， YANG M， HUANG H， et al. A Phytic Acid⁃based Chelating Coordination Embedding Structure of Phosphorus⁃Boron⁃Nitride Synergistic Flame Retardant to Enhance Durability and Flame Retardancy of Cotton［J］. Cellulose，2020， 27（8）： 4 817⁃4 829.
21	李杰.织物表面超疏水化的研究进展［J］.功能材料，2017，48（10）：10 036⁃10 041.
	LI J. Research Progress on Super hydrophobicization of Fabric Surface［J］. Journal of Functional Materials， 2017， 48（10）： 10 036⁃10 041.
22	杨栋樑.纺织品疏水化技术的进展（一）［J］.印染，2011，37（24）：46⁃49.
	YANG D L. Progresses in Textiles Hydrophobic Technologies（I）［J］. Dyeing Finishing， 2011， 37（24）： 46⁃49.
23	LIU L， HUANG Z， PAN Y， et al. Finishing of Cotton Fabrics by Multi⁃layered Coatings to Improve Their Flame Retardancy and Water Repellency［J］. Cellulose，2018， 25（8）： 4 791⁃4 803.
24	GUO W， WANG X， HUANG J， et al. Construction of Durable Flame⁃retardant and Robust Superhydrophobic Coatings on Cotton Fabrics for Water⁃oil Separation Application［J］. Chemical Engineering Journal，2020， 398： 125661.
25	徐文龙，刘志才，焦玉雪，等.电磁屏蔽用化学镀金属化织物的研究现状［J］.丝绸，2010（9）：15⁃20.
	XU W L， LIU Z C， JIAO Y X， et al. The Current Status of Electroless Plating Metallic Fabrics Used as Electromagnetic Shielding Materia ［J］. Journal of Silk， 2010（9）： 15⁃20.
26	张建华，张丽.导电纤维复合纺抗静电织物的发展前景［J］. 济南纺织服装，2002（2）：1⁃2.
	ZHANG J H， ZHANG L. Development Prospect of Conductive Fiber Composite Spinning Antistatic Fabric ［J］. Jinan Textile Clothing， 2002 （2）： 1⁃2.
27	郝蕾.导电棉织物、氨纶丝的制备与性能研究［D］.天津：天津工业大学，2015.
28	LIU Z， SHANG S， CHIU K， et al. Fabrication of Conductive and Flame⁃retardant Bifunctional Cotton Fabric by Polymerizing Pyrrole and Doping Phytic Acid［J］. Polymer Degradation and Stability，2019， 167： 277⁃282.
29	ZHANG Y， TIAN W， LIU L， et al. Eco⁃friendly Flame Retardant and Electromagnetic Interference Shielding Cotton Fabrics with Multi⁃layered Coatings［J］. Chemical Engineering Journal，2019， 372： 1 077⁃1 090.
30	孙小着.几种棉织物抗菌剂的整理效果对比［J］.印染助剂，2020，37（2）：55⁃57.
	SUN X Z. Comparison of Finishing Effects of Several Antibacterial Agents for Cotton Fabrics［J］. Textile Auxiliaries， 2020， 37（2）： 55⁃57.
31	张海涛，张雪，刘蒙蒙，等.天然抗菌纺织品的发展现状［J］.纺织科技进展，2020（3）：8⁃11.
	ZHANG H T， ZHANG X， LIU M M， et al. The Development Status of Natural Antibacterial Textiles［J］. Progress in Textile Science & Technology， 2020（3）： 8⁃11.
32	周青青，陈嘉毅，祁珍明，等.阻燃抗菌棉织物的制备及其性能表征［J］.纺织学报，2020，41（5）：112⁃120.
	ZHOU Q Q， CHEN J Y， QI Z M， et al. Preparation and Performance Characterization of Flame⁃retardant and Antibacterial Cotton Fabric［J］. Journal of Textile Research， 2020， 41（5）： 112⁃120.
33	LI S， LIN X， LIU Y， et al. Phosphorus⁃nitrogen⁃silicon⁃based Assembly Multilayer Coating for The preparation of Flame Retardant and Antimicrobial Cotton Fabric［J］. Cellulose，2019， 26（6）： 4 213⁃4 223.
34	杨文丽，王强，袁久刚，等.超支化聚合物对羊毛织物的改性研究［J］.毛纺科技，2020，48（1）：43⁃46.
	YANG W L， WANG Q， YUAN J G， et al. Study on Modification of Wool Fabrics by Hyperbranched Polymers［J］. Wool Textile Journal， 2020， 48（1）： 43⁃46.
35	周奕.羊毛改性研究现状及发展趋势［J］.山东纺织科技，2020，61（3）：47⁃49.
	ZHOU Y. The Research Status and Development Trend of Wool Modification［J］. Shandong Textile Science & Technology， 2020， 61（3）： 47⁃49.
36	CHENG X， GUAN J， YANG X， et al. Phytic Acid/Silica Organic⁃inorganic Hybrid Sol System： A Novel and Durable Flame Retardant Approach for Wool Fabric［J］. Journal of Materials Research and Technology，2020， 9（1）： 700⁃708.
37	CHENG X， GUAN J， CHEN G， et al. Adsorption and Flame Retardant Properties of Bio⁃Based Phytic Acid on Wool Fabric［J］. Polymers，2016， 8（4）： 122.
38	胡维德，沈勇，林立云，等.涤纶阻燃涂层工艺与阻燃性能［J］.印染，2020，46（5）：1⁃7.
	HU W D， SHEN Y， L L Y， et al. Coating Process and Flame Retardant Properties of Polyester Fabric［J］. Dyeing Fishing， 2020， 46（5）： 1⁃7.
39	肖文成.基于植酸对涤纶织物的阻燃整理［D］.江苏：苏州大学，2019.
40	JIANG Z， WANG C， FANG S， et al. Durable Flame⁃retardant and Antidroplet Finishing of Polyester Fabrics with Flexible Polysiloxane and Phytic Acid through Layer⁃by⁃layer Assembly and Sol⁃gel Process［J］. Journal of Applied Polymer Science，2018， 135（27）： 46414.
41	王爱娟.天然蛋白提高尼龙66织物阻燃性能的研究［D］.北京：北京化工大学，2017.
42	KUNDU C K， WANG X， SONG L， et al. Borate Cross⁃linked Layer⁃by⁃layer Assembly of Green Polyelectrolytes on Polyamide 66 Fabrics for Flame⁃Retardant Treatment［J］. Progress in Organic Coatings，2018， 121： 173⁃181.
43	赵洁云.聚丙烯腈纤维织物表面阻燃改性研究［D］.天津：天津工业大学，2017.
44	常承飞.聚丙烯腈基阻燃纤维的研究［D］.上海：东华大学， 2017.
45	PENG H， WANG D， LI M， et al. N⁃P⁃Zn⁃containing 2D Supermolecular Networks Grown on MoS2 Nanosheets for Mechanical and Flame⁃Retardant Reinforcements of Polyacrylonitrile Fiber［J］. Chemical Engineering Journal，2019， 372： 873⁃885.
46	REN Y， ZHANG Y， GU Y， et al. Flame Retardant Polyacrylonitrile Fabrics Prepared by Organic⁃inorganic Hybrid Silica Coating via Sol⁃gel Technique［J］. Progress in Organic Coatings，2017， 112： 225⁃233.
47	SUI Y， QU L， DAI X， et al. A Green Self⁃assembled Organic Supermolecule as An Effective Flame Retardant for Epoxy Resin［J］. RSC Advances， 2020， 10（21）： 12 492⁃12 503.
48	WANG J， ZHAN J， MU X， et al. Manganese Phytate Dotted Polyaniline Shell Enwrapped Carbon Nanotube： Towards The Reinforcements in Fire Safety and Mechanical Property of Polymer［J］. Journal of Colloid and Interface Science，2018， 529： 345⁃356.
49	FANG F， RAN S， FANG Z， et al. Improved Flame Resistance and Thermo⁃mechanical Properties of Epoxy Resin Nanocomposites from Functionalized Graphene Oxide via Self⁃assembly in Water［J］. Composites Part B： Engineering， 2019， 165： 406⁃416.
50	YANG Y X， HAURIE L， ZHANG J， et al. Effect of Bio⁃based Phytate （PA⁃THAM） on The Flame Retardant and Mechanical Properties of Polylactide （PLA）［J］. Express Polymer Letters，2020， 14（8）： 705⁃716.
51	YANG W， TAWIAH B， YU C， et al. Manufacturing， Mechanical and Flame Retardant Properties of Poly（Lactic Acid） Biocomposites Based on Calcium Magnesium Phytate and Carbon Nanotubes［J］. Composites Part A： Applied Science and Manufacturing，2018，110： 227⁃236.
52	JIN X， CUI S， SUN S， et al. The Preparation of a Bio⁃polyelectrolytes Based Core⁃shell Structure and Its Application in Flame Retardant Polylactic Acid Composites［J］. Composites Part A： Applied Science and Manufacturing，2019，124： 105 485.
53	MENG W， DONG Y， LI J， et al. Bio⁃based Phytic Acid and Tannic Acid Chelate⁃mediated Interfacial Assembly of Mg（OH）₂ for Simultaneously Improved Flame Retardancy， Smoke Suppression and Mechanical Properties of PVC［J］. Composites Part B： Engineering，2020， 188： 107 854.
54	程路瑶.植酸盐及其包覆氢氧化镁在软质PVC中的阻燃应用［D］.保定：河北大学，2018.
55	LI W， ZHANG H， HU X， et al. Highly Efficient Replacement of Traditional Intumescent Flame Retardants in Polypropylene by Manganese Ions Doped Melamine Phytate Nanosheets［J］. Journal of Hazardous Materials，2020， 398： 123 001.
56	WANG P， LIAO D， HU X， et al. Facile Fabrication of Biobased PNC⁃containing Nano⁃layered Hybrid： Preparation， Growth Mechanism and Its Efficient Fire Retardancy in Epoxy［J］. Polymer Degradation and Stability，2019， 159： 153⁃162.
57	CHEN S， WU F， HU Y， et al. A fully bio⁃based Intumescent Flame Retardant for Poly（Butylene Succinate）［J］. Materials Chemistry and Physics，2020， 252： 123 222.

[1]	吴唯, 胡焕波, 沈辉, 赵天瑜. 4A沸石与钙镁铝水滑石对膨胀阻燃聚丙烯的双重协效阻燃作用与机理[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 1-7.
[2]	魏思淼, 邵路山, 许准, 刘艳婷, 赵思衡, 许博. 次磷酸盐⁃环四硅氧烷双基化合物复配二乙基次磷酸铝对PA6的阻燃性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 129-135.
[3]	李金凤, 梁卓恩, 彭新龙. 膨胀型阻燃剂/二乙基次磷酸铝阻燃改性不饱和树脂基复合材料[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 116-123.
[4]	陈轲, 刘鸣飞, 赵彪, 潘凯. 有机硅改性高分子材料阻燃及耐烧蚀性能研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 149-154.
[5]	杨小龙, 陈文静, 李永青, 闫晓堃, 王修磊, 谢鹏程, 马秀清. 导电型聚合物/石墨烯复合材料的研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 165-173.
[6]	孙旗, 高兴, 崔雪梅, 连慧琴, 崔秀国, 汪晓东. 黑磷烯纳米阻燃剂研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 133-139.
[7]	杨木森, 钱立军, 王靖宇, 赵震, 王光禹, 辛晓华. 磷酸三苯酯和甲基八溴醚在阻燃聚苯乙烯中的协同行为研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 36-42.
[8]	田驰锋, 张洪申. 基于翅片式摩擦桶的车用聚合物粒子荷电及静电分离探索[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 75-80.
[9]	李梦琪, 陈雅君. 纳米材料阻燃聚乳酸的研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 102-114.
[10]	徐伟华, 郑宇, 沈向阳, 张炎, 刘桔文, 严石静. 不同POSS对磷⁃硅协同阻燃环氧树脂性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 115-120.
[11]	刘川, 许苗军, 王景春, 李斌. 膨胀石墨对乙烯基硅橡胶的阻燃作用研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 15-18.
[12]	宋立健, 张有忱, 左夏华, 张政和, 安瑛, 杨卫民, 谭晶, 程礼盛. 自组装单分子层调控界面热输运的研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 60-69.
[13]	郭意明, 董晓晨, 梁士通, 王森, 刘继纯. 石墨种类和粒径对高抗冲聚苯乙烯阻燃性能的影响及作用机制[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 26-32.
[14]	程曼芳, 白继峰, 王文清, 雷良才, 李海英, 韩向艳, 胡跃鑫. 基于超支化聚对氯甲基苯乙烯聚合离子液体共混体系的制备与表征[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 40-47.
[15]	张庭, 金清平, 宋仕娥, 曹南南, 邓思远. 不同腐蚀环境下FRP筋耐久性与寿命预测研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 75-81.

植酸在聚合物材料阻燃应用领域的研究进展

Research Progress in Application of Phytic Acid for Flame Retardancy of Polymeric Materials

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 9

参考文献 57

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价