焦磷酸哌嗪@COF阻燃剂的制备及其对环氧树脂的阻燃作用

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.08.014

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (8): 88-93.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.08.014

焦磷酸哌嗪@COF阻燃剂的制备及其对环氧树脂的阻燃作用

武伟红¹, 张竞², 张葛²(), 耿荣荣², 屈红强²()

^1.河北农业大学理学院，河北保定 071000
^2.河北大学化学与材料科学学院，河北保定 071002

收稿日期:2023-10-24 出版日期:2024-08-26 发布日期:2024-08-19
通讯作者: 张葛（1996—），女，博士，从事高分子材料阻燃研究，1243425305@qq.com
屈红强（1978—），男，教授，从事高分子材料阻燃研究，hqqu@163.com
E-mail:1243425305@qq.com;hqqu@163.com
基金资助:
国家自然基金项目(52273072);河北省自然基金项目(E2021201003)

Preparation of piperazine pyrophosphate @COF flame retardant and its flame retardant effect on epoxy resin

WU Weihong¹, ZHANG Jing², ZHANG Ge²(), GENG Rongrong², QU Hongqiang²()

^1.College of Science，Agricultural University of Hebei，Baoding 071000，China
^2.College of Chemistry and Materials Science，Hebei University，Baoding 071002，China

Received:2023-10-24 Online:2024-08-26 Published:2024-08-19
Contact: ZHANG Ge, QU Hongqiang E-mail:1243425305@qq.com;hqqu@163.com

摘要/Abstract

摘要：

通过溶液合成法制备了一种共价有机框架（COF），再将COF包覆在焦磷酸哌嗪（PAPP）上形成PAPP@COF杂化阻燃剂，并将其应用于EP中。通过氧指数测定仪、垂直燃烧测定仪和锥形量热仪分析了PAPP@COF杂化阻燃剂对EP的阻燃及消烟性能的影响。结果表明，加入2 %（质量分数，下同）的PAPP@COF时，EP复合材料的氧指数达到了30.0 %，热释放速率峰值为911.35 kW/m²，烟释放速率峰值为0.394 m²/s，相比于纯EP分别降低了37.36 %和34.27 %。PAPP@COF杂化阻燃剂对EP有优异的阻燃和消烟作用，为COF类阻燃剂的研究提供了一定的基础。

关键词: 环氧树脂, 阻燃, 消烟, 焦磷酸哌嗪, 共价有机框架

Abstract:

A covalent organic framework （COF） was prepared by solution synthesis， and then the COF was coated on piperazine pyrophosphate （PAPP） to form PAPP@COF hybrid flame retardant， which was applied to epoxy resin （EP）. The effects of PAPP@COF hybrid flame retardants on the flame retardancy and smoke suppression of EP were analyzed by oxygen index meter， vertical combustion meter and cone calorimeter. The results indicated that the oxygen index of EP composite can reach 30.0 %， the peak heat release rate was 911.35 kW/m²， and the peak smoke release rate was 0.394 m²/s， which were 37.36 % and 34.27 % lower than that of pure EP by adding 2 phr PAPP@COF. PAPP@COF hybrid flame retardants have excellent flame retardancy and smoke suppression effects on EP， which provides a certain basis for the research of COF flame retardants.

Key words: epoxy resin, flame retardant, smoke suppression, piperazine pyrophosphate, covalent organic framework

中图分类号:

TQ320.4

武伟红, 张竞, 张葛, 耿荣荣, 屈红强. 焦磷酸哌嗪@COF阻燃剂的制备及其对环氧树脂的阻燃作用[J]. 中国塑料, 2024, 38(8): 88-93.

WU Weihong, ZHANG Jing, ZHANG Ge, GENG Rongrong, QU Hongqiang. Preparation of piperazine pyrophosphate @COF flame retardant and its flame retardant effect on epoxy resin[J]. China Plastics, 2024, 38(8): 88-93.

图/表 10

参考文献 19

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样品名称	T_{5 %}/℃	T_max%/℃	R_max/%·min^-1	C_{800 ℃}/%
COF	425.4	454.5	-1.1	67.27
PAPP	357.1	373.8	-8.7	43.78
PAPP@COF	390.7	431.1	-14.2	39.06

样品名称	T_{5 %}/℃	T_max%/℃	R_max/%·min^-1	C_{800 ℃}/%
COF	425.4	454.5	-1.1	67.27
PAPP	357.1	373.8	-8.7	43.78
PAPP@COF	390.7	431.1	-14.2	39.06

样品名称	LOI/%	UL 94
样品名称	LOI/%	有焰燃烧时间（t₁）/s	有焰燃烧时间（t₂）/s	滴落
EP	23.7	—	—	无等级
EP/PAPP 1	24.6	24.7	4.2	V⁃1
EP/PAPP 2	25.5	27.7	36.6	V⁃1
EP/PAPP@COF 1	25.2	—	—	无等级
EP/PAPP@COF 2	30.0	29.0	2.5	V⁃1

样品名称	LOI/%	UL 94
样品名称	LOI/%	有焰燃烧时间（t₁）/s	有焰燃烧时间（t₂）/s	滴落
EP	23.7	—	—	无等级
EP/PAPP 1	24.6	24.7	4.2	V⁃1
EP/PAPP 2	25.5	27.7	36.6	V⁃1
EP/PAPP@COF 1	25.2	—	—	无等级
EP/PAPP@COF 2	30.0	29.0	2.5	V⁃1

样品名称	PHRR/ kW·m^-2	t_PHRR/ s	THR/ MJ·m^-2	PCOP/ g·s^-1	PCO₂P/ g·s^-1
EP	1 454.90	115	118.66	0.037	1.005
EP/PAPP 1	1 471.77	70	118.11	0.055	0.836
EP/PAPP 2	977.28	95	106.65	0.036	0.577
EP/PAPP@COF 1	1 363.87	110	118.13	0.043	0.842
EP/PAPP@COF 2	911.35	110	110.27	0.032	0.521

焦磷酸哌嗪@COF阻燃剂的制备及其对环氧树脂的阻燃作用

Preparation of piperazine pyrophosphate @COF flame retardant and its flame retardant effect on epoxy resin

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样品名称	拉伸强度/MPa	断裂伸长率/ %	冲击强度/ kJ·m^-2
EP	78.14±0.34	9.56±0.22	16.58±0.31
EP/PAPP 1	36.45±0.13	5.7±0.11	17.45±0.32
EP/PAPP 2	45.63±0.06	6.9±0.17	13.12±0.18
EP/PAPP@COF 1	49.16±0.02	6.18±0.14	16.85±0.14
EP/PAPP@COF 2	57.9±0.12	6.83±0.17	12.64±0.21

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样品	EP含量/ %	PAPP 含量/%	PAPP@COF含量/%	间苯二胺含量/%
EP	100	0	0	11
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EP/PAPP 2	100	2	0	11
EP/PAPP@COF 1	100	0	1	11
EP/PAPP@COF 2	100	0	2	11

样品	EP含量/ %	PAPP 含量/%	PAPP@COF含量/%	间苯二胺含量/%
EP	100	0	0	11
EP/PAPP 1	100	1	0	11
EP/PAPP 2	100	2	0	11
EP/PAPP@COF 1	100	0	1	11
EP/PAPP@COF 2	100	0	2	11