基于巯基-烯光点击反应的UV固化木材阻燃涂层的制备及其性能研究

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为解决传统木材阻燃涂料中阻燃成分与涂料基体之间较差的相容性及由此导致的涂层机械性能和阻燃性能明显下降等问题,同时缓解化石原料快速枯竭带来的资源和能源压力,实现可再生资源的绿色高效利用。本文基于巯基-烯光点击反应,在木材表面分别制备含P/S/Si的蓖麻油基和含P/N的UV固化阻燃涂层。通过对木材表面阻燃涂层的物理性能、阻燃性能及热降解性能进行表征分析,从而揭示UV固化木材阻燃涂层的阻燃机理。主要研究内容及结论如下:(1)以含P、N的功能单体、丙烯酸酯低聚物及巯基化合物为原料,基于巯基-烯光点击反应制备新型木材阻燃涂层。研究结果表明,当N、P单体摩尔比为2:4时,UV固化阻燃涂层在木材表面的阻燃效果达到最佳。同时涂层降解产生羧酸、NH3、CO2和酸酐等挥发性产物,其中NH3和CO2等不可燃气体可稀释炭层周围的氧浓度。此外,在氮气氛围下,涂层在600℃时的残炭率可达27.2%,显示出优异的阻燃性能。(2)基于巯基-烯光点击反应,通过调节合成的蓖麻油基硫醇(CO-SH)、合成的反应型阻燃剂DDP-AGE(DA)和2,4,6-三甲基-2,4,6-三乙烯基环三硅氮烷(TTC)的摩尔含量,在木材表面制备含P/S/Si的蓖麻油基UV固化阻燃涂层。研究结果表明,当CO-SH、DA和TTC的摩尔比为5:3:3时,该涂层试样通过垂直燃烧测试UL-94 V-0级,极限氧指数(LOI)值可达27.52%,同时锥形量热(CONE)测试显示其第二热释放速率峰值(P2HRR)和第二烟释放速率峰值(P2SPR)均降低,而且总热释放量(THR)仅为16.99 MJ/m2,而且炭层形貌较为连续、致密且木材内部管胞结构保持完整。(3)通过对蓖麻油基UV固化木材阻燃涂层在空气条件下的热降解进行研究,表明当DA、TTC和CO-SH的摩尔比为3:3:5时,该涂层的热稳定性最佳,经DA分解形成的聚磷酸可及时促进Si─O和Si─C键形成致密炭层用以保护木材并延缓燃烧,说明P/Si在凝聚相中具有协同阻燃作用。涂层降解产生的不可燃气体(CO2和SO2)可稀释炭层周围的氧浓度,并在木材表面促进多孔炭层的形成,同时DA降解产生的含磷化合物也会消耗氧气,说明S/P在气相中具有协同阻燃作用。
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