壳聚糖/ZIF⁃67杂化物的制备及其对环氧树脂阻燃抑烟性能的影响

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.12.005

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (12): 31-37.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.12.005

壳聚糖/ZIF⁃67杂化物的制备及其对环氧树脂阻燃抑烟性能的影响

丁丁, 徐文总(), 闫弘毅

安徽建筑大学材料与化学工程学院，合肥 230601

收稿日期:2022-08-17 出版日期:2022-12-26 发布日期:2022-12-20
通讯作者: 徐文总（1967-），教授，主要从事阻燃高分子材料、功能高分子材料、高分子材料加工等方面的研究工作，wenzongxu@ahjzu.edu.cn
E-mail:wenzongxu@ahjzu.edu.cn
基金资助:
安徽省高校自然科学研究项目（重点）(KJ2021A0627);安徽省自然科学基金项目(2208085ME114)

Preparation of chitosan/ZIF⁃67 hybrid and its effect on flame retardancy and smoke suppression of epoxy resins

DING Ding, XU Wenzong(), YAN Hongyi

School of Materials and Chemical Engineering，Anhui Jianzhu University，Hefei 230601，China

Received:2022-08-17 Online:2022-12-26 Published:2022-12-20
Contact: XU Wenzong E-mail:wenzongxu@ahjzu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

为了提高环氧树脂（EP）的阻燃抑烟性能，采用共沉淀法将类沸石咪唑酯骨架材料ZIF⁃67负载到壳聚糖（CS）表面，通过傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对其结构和形貌进行分析，结果表明杂化物CS⁃ZIF⁃67成功制备。将不同比例的CS⁃ZIF⁃67添加到EP中，研究其对EP阻燃抑烟性能的影响。结果表明，与纯的EP相比，CS⁃ZIF⁃67的加入可以提高EP复合材料的垂直燃烧UL 94等级和极限氧指数（LOI）、降低EP复合材料的热释放速率（HRR）和烟释放速率（SPR），提高复合材料燃烧后的残炭量，CS⁃ZIF⁃67的加入可以有效提高EP的阻燃抑烟性能。对EP复合材料燃烧后的残炭进行SEM和Laman光谱分析。结果表明，CS⁃ZIF⁃67的加入，使得残炭的石墨化程度提高，EP燃烧时能形成更加致密的炭层，从而起到阻燃抑烟的作用。

关键词: 环氧树脂, 壳聚糖, ZIF?67, 阻燃, 抑烟

Abstract:

To improve the flame retardancy and smoke suppression performance of epoxy resins （EP）， ZIF⁃67 was loaded on the surface of chitosan （CS） using a co⁃precipitation method. The structure and morphology of the resultant hybrid were analyzed by Fourier⁃transform infrared spectroscopy， X⁃ray diffraction， and scanning electron microscopy. The results indicated that the CS/ZIF⁃67 hybrid was successfully prepared. The effect of different proportions of CS/ZIF⁃67 hybrid on the flame retardant and smoke suppression properties of EP was studied. The results indicated that the addition of CS/ZIF⁃67 hybrid improved the UL 94 grade and LOI value of EP composites and reduced the heat release rate and smoke release rate of EP⁃based composites， The addition of CS/ZIF⁃67 hybrid effectively improved the flame retardant and smoke suppression performance of EP. The SEM and Raman spectroscopy analysis for the residual char after the combustion of EP⁃based composites indicated that the addition of CS/ZIF⁃67 hybrid improved the graphitization degree of the residual char， and a denser carbon layer was formed during the combustion of EP， thus generating flame retardant and smoke suppression effects.

Key words: epoxy resin, chitosan, ZIF?67, flame retardant, smoke suppression

中图分类号:

TQ 323.5

丁丁, 徐文总, 闫弘毅. 壳聚糖/ZIF⁃67杂化物的制备及其对环氧树脂阻燃抑烟性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(12): 31-37.

DING Ding, XU Wenzong, YAN Hongyi. Preparation of chitosan/ZIF⁃67 hybrid and its effect on flame retardancy and smoke suppression of epoxy resins[J]. China Plastics, 2022, 36(12): 31-37.

图/表 11

样品编号	EP/%	DDM/%	CS/%	ZIF⁃67/%	CS⁃ZIF⁃67/%
EP0	78.0	22.0	0	0	0
EP1	75.7	21.3	3	0	0
EP2	77.2	21.8	0	0	1
EP3	75.7	21.3	0	0	3
EP4	74.2	20.8	0	0	5
EP5	75.7	21.3	2.4	0.6	0

表1 EP和EP复合材料的配方（质量分数）

Tab.1 Formula of EP and EP composites

图1 CS、ZIF⁃67和CS⁃ZIF⁃67的FTIR谱图

Fig.1 FTIR of CS， ZIF⁃67 and CS⁃ZIF⁃67

图2 CS、ZIF⁃67、CS⁃ZIF⁃67的XRD谱图

Fig.2 XRD of CS， ZIF⁃67 and CS⁃ZIF⁃67

图3 （a）和（b）CS、（c）ZIF⁃67、（d）CS⁃ZIF⁃67的SEM照片

Fig.3 SEM of （a） and （b） CS，（c）ZIF⁃67 and （d） CS⁃ZIF⁃67

图4 CS、ZIF⁃67、CS⁃ZIF⁃67的TGA曲线

Fig.4 TGA curves of CS， ZIF⁃67 and CS⁃ZIF⁃67

样品	LOI/%	ΔLOI/%	UL 94	熔滴
EP0	21.3±0.2	-	NR	否
EP1	24.5±0.3	3.2	NR	否
EP2	24.3±0.3	3.0	V⁃2	否
EP3	26.5±0.2	5.2	V⁃1	否
EP4	27.6±0.2	6.3	V⁃1	否
EP5	25.4±0.3	4.1	V⁃2	否

表2 EP和EP复合材料的LOI和UL 94值

Tab.2 LOI and UL 94 values of EP and EP composites

样品

pHRR/

kW·m^-2

THR/

MJ·m^-2

CY₃₅₀/

pSPR/

m²·s^-1

TSP/

m²

pCOP/

10⁴g·s^-1

表3 EP和EP复合材料燃烧试验数据

Tab.3 Data from combustion tests of EP and EP composites

图5 EP和EP复合材料的HRR（a）、THR（b）和残炭率（c）曲线

Fig.5 HRR （a）， THR （b） and char yield （c） curves of EP and EP composites

图6 EP和EP复合材料的SPR（a）、TSP（b）和COP（c）曲线

Fig.6 SPR （a）， TSP （b） and COP （c） curves of EP and EP composites

图7 EP0、EP1和EP4残炭的数码照片和SEM照片

Fig.7 Digital photos and SEM of char residue of EP0， EP1 and EP4

图8 EP0（a）和EP4（b）残炭的拉曼光谱

Fig.8 Laman spectra of residual char of EP0 and EP4

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壳聚糖/ZIF⁃67杂化物的制备及其对环氧树脂阻燃抑烟性能的影响

Preparation of chitosan/ZIF⁃67 hybrid and its effect on flame retardancy and smoke suppression of epoxy resins

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