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新型超分子一体化膨胀阻燃剂的快速,绿色制备及其在聚羟基脂肪酸酯中应用
结题报告
批准号:
51873005
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
谷晓昱
依托单位:
学科分类:
E03.有机高分子材料
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘勃、薛柏琼、孟玉娟、王雯嘉、孙文翔、王华伟、冯伟华、高野
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中文摘要
针对生物基可降解聚羟基脂肪酸酯(PHA)推广使用中面临的易燃问题,合成一种新型超分子膨胀阻燃剂,和粉煤灰改性分子筛协效剂一起制备阻燃PHA复合材料。首先将生物基来源的壳聚糖(CS)作为膨胀阻燃剂炭源,与酸源—多聚磷酸(PPA) 通过多层分子组装共同负载在由气源—三聚氰胺(MEL)自组装制备纳米棒状分子表面,实现气源/酸源/炭源一体化结构设计,制备过程仅使用水/乙醇为溶剂,确保了工艺绿色环保;其次利用回收的工业废弃物粉煤灰,通过高温煅烧转变为分子筛结构,再实现表面酸化和金属离子负载,制备阻燃协效剂。通过熔融共混制备综合性能优良的PHA阻燃复合材料;最后通过对阻燃剂结构多层次表征和制备过程的精准控制,建立结构与性能关系,优化阻燃剂和阻燃材料的制备工艺,确定新型一体化膨胀阻燃剂/阻燃协效剂的最佳配比,搭建酸性位点/金属离子负载量等因素与阻燃效率/降解路径的定量关系,从分子反应角度探究阻燃机理。
英文摘要
A novel intumescent flame retardant (IFR) containing acid source (Polyphosphoric acid, PPA)/ gas source (Melamine, MEL)/ carbon source (Chitosan, CS) will be prepared by supramolecular reactions. MEL-based nanorods were firstly prepared by π-π stacking and ionic bonding between p-aminobenzene sulfonic acid (ASC) and MEL, and then PPA and CS is doped on the surface of MEL-based nanorods by layer-by-layer self-assembly. The structure and properties of final product will be characterized in detail. The optimized synthesis condition will be chosen to ensure the optimal flame retardant efficacy and compatibility with polymer matrix. In order to ensure the preparation to be safe and environmental friendly, only H2O/ethanol are selected as solvent in the process. Fly ash is a kind of industrial waste which should be considered to be reused after some functional modification. In this work zeolite is fabricated from fly ash and then Lewis acid sites and metal ions are loaded. The modified zeolite will be used as synergistic flame retardant. The relationship between content of Lewis acid sites/metal ions and flame retardant efficiency will be set up quantificationally. Polyhydroxyalkanoates (PHA) is a kind of microbial and biodegradable polymer. In the past years, based on synthetic biology, the yield of PHA increased and then its production cost reduced sharply, making it more economically competitive. Then functional modification on PHA becomes necessary. In this work fire resistant PHA will be developed based on novel flame retardant. The relationship between the supermolecular IFR and the fire performance/mechanical properties will be investigated, and its flame retardant mechanism will be proposed.
本申请的研究基体为完全生物来源,可全部实现生物降解的材料——聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoates, PHA)。希望探索其加工性能,各种综合性能全面优化,总结目前阶段生物基材料在成型及使用中存在的关键技术难点,从理论层面分析其产生原因,并针对性提出合理的解决方案。.在2019年,选择工业废弃物粉煤灰,通过煅烧及Lewis酸酸化处理,得到具备固定Lewis酸性位点的活性分子筛结构,并进一步将在阻燃中对基体有明显成炭促进作用的多价金属离子通过化学键合与Lewis酸性位点链接。并建立了Lewis酸性位点、金属价态及金属离子负载量等多因素与阻燃效率的定量关系。.在2020年,工作重点从生物基阻燃剂的分子结构设计及提高其热稳定性的工作展开。其中主要从壳聚糖分子的阻燃元素负载及其热稳定性的提高。.在2021年,在前期工作的基础上,研究思路有了宽广的展开,对工作的内容也注入更多的内容。在阻燃剂分子结构设计中,不仅考虑阻燃功效,结合生物可降解聚酯材料的应用特点,希望开发多功能的功能粒子,在改善阻燃性能的同时,兼顾其抑菌,抗紫外屏蔽及对PHA降解性能的直接影响特征。.在2022年,对之前的工作进行了综合整理,发现前期工作中的不足,尽量补充,并将已经完成的工作尽快梳理,整理发表相关文章。.在整体基金的执行过程中,研究思路不断打开,特别是各种结构的阻燃剂分子的结构设计,多功能助剂分子结构设计等工作远超预期工作规划。在此过程中,每年均会招生3-4名研究生补充到课题工作中,研究内容不断扩充。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2022.02.062
发表时间:2022
期刊:International Journal of Biological Macromolecules
影响因子:8.2
作者:peng Qi;shuheng Wang;WENJIA WANG;Jun Sun;Hongfu Yuan;Sheng Zhang
通讯作者:Sheng Zhang
Impregnation of phytic acid into the delignified wood to realize excellent flame retardant
将植酸浸渍到脱木素木材中以实现优异的阻燃性
DOI:10.1016/j.indcrop.2021.114364
发表时间:2021-12-09
期刊:INDUSTRIAL CROPS AND PRODUCTS
影响因子:5.9
作者:Wang, Kaihao;Meng, Dan;Zhang, Sheng
通讯作者:Zhang, Sheng
DOI:10.1016/j.clay.2022.106588
发表时间:2022
期刊:Applied Clay Science
影响因子:5.6
作者:Wenjia Wang;Dan MENG;Julin Wang;Hongfei Li;jun Sun;Sheng Zhang;Xiaoyu Gu
通讯作者:Xiaoyu Gu
Surface modification on ammonium polyphosphate and its enhanced flame retardancy in thermoplastic polyurethane
聚磷酸铵的表面改性及其在热塑性聚氨酯中的增强阻燃性能
DOI:10.1002/pat.5299
发表时间:2021
期刊:Polymers for Advanced Technologies
影响因子:3.4
作者:Zhang Jingfan;Wang Huqun;Sun Wenxiang;Zhang Zhiyuan;Li Hongfei;Zhang Sheng;Sun Jun;Gu Xiaoyu
通讯作者:Gu Xiaoyu
Enhancing the flame retardancy and UV resistance of polyamide 6 by introducing ternary supramolecular aggregates
引入三元超分子聚集体增强聚酰胺6的阻燃性和抗紫外线性能
DOI:10.1016/j.chemosphere.2021
发表时间:2022
期刊:CHEMOSPHERE
影响因子:8.8
作者:Yuchun Li;Jinzhao Wang;Boqiong Xue;Shuheng WANG;Peng Qi;Jun Sun;Hongfei Li;Xiaoyu Gu;Sheng Zhang
通讯作者:Sheng Zhang
阻燃/抗老化多功能集成大分子的构筑及其在聚丙烯中的作用机制
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    谷晓昱
  • 依托单位:
含有Lewis酸性位的硅酸盐分子筛对聚丙烯纤维的协效阻燃作用研究
  • 批准号:
    51373018
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    75.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    谷晓昱
  • 依托单位:
国内基金
海外基金