生物基香草醛衍生的氮磷协同阻燃剂：高性能热塑性聚氨酯的可持续阻燃策略

本文推荐一种基于香草醛的生物衍生氮磷协同阻燃剂(PVD)，通过4 wt%的低添加量即可使热塑性聚氨酯(TPU)达到UL-94 V-0级阻燃标准，极限氧指数(LOI)提升至27.3%，并实现33.7%的峰值热释放率(PHRR)和43.2%的总烟产量(TSP)降低。该阻燃剂通过凝聚相(形成富含P—O/P=O结构的石墨化炭层)和气相(释放PO·/PO2·自由基淬灭活性物质)双重机制协同作用，在提升机械性能的同时解决了传统阻燃剂高添加量(15-25 wt%)导致的力学性能下降问题。

　　

亮点

本研究开发了一种基于香草醛的生物衍生氮磷协同阻燃剂(PVD)，仅需4 wt%的添加量即可使热塑性聚氨酯(TPU)达到UL-94 V-0级阻燃标准，极限氧指数(LOI)从20.2%显著提升至27.3%。在6 wt%添加量时，复合材料的热释放峰值(PHRR)和总烟产量(TSP)分别降低33.7%和43.2%，同时机械性能得到增强。

材料表征

通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)对PVD结构进行解析：在香草醛谱图中观察到3100-3500 cm^-1的羟基(—OH)和1668 cm^-1的羰基(C=O)特征峰；而对苯二胺(PPD)的3377 cm^-1处出现N—H键伸缩振动峰。DOPO的特征P—H键吸收峰位于2437 cm^-1，在最终产物PVD中消失，证实了成功的磷酸化反应。

结论

通过两步法合成的PVD阻燃剂，在极低添加量下即实现TPU材料的阻燃性能突破。其双重作用机制包括：凝聚相形成热稳定的石墨化炭层(含P—O/P=O结构)，以及气相中PO·/PO₂·自由基对燃烧链式反应的淬灭作用。该研究为开发可持续、高机械性能的阻燃TPU材料提供了创新解决方案。