热塑性聚氨酯弹性体中膦酰胺的阻燃性能与分子结构的关系：脂肪链与芳香环的对比

《ACS Applied Polymer Materials》：Molecular Structure-Dependent Flame Retardancy of Phosphonamides in Thermoplastic Polyurethane Elastomer: Aliphatic Chains vs Aromatic Rings

本研究设计并合成了烷基（PHDA）和芳基（PPDA）磷酰胺阻燃剂，通过熔融共混制备TPU复合材料。实验表明，3 wt% PPDA可使TPU达到UL94 V-0级（LOI 27%），且显著抑制滴落，其9 wt%体系峰值放热率降低74%，总放热率降低40%，优于PHDA体系。PPDA残留碳中C-C结构和石墨化程度更高，证实芳基磷酰胺更有效形成阻燃碳层，且机械性能更优。

　　

在本研究中，设计了一种脂肪族（PHDA）和芳香族（PPDA）磷酰胺阻燃剂，并通过熔融共混制备了热塑性聚氨酯弹性体（TPU）混合物。实验结果表明，这两种阻燃剂显著提高了TPU的消防安全性能：当添加量为3 wt%时，TPU/PHDA-3和TPU/PPDA-3均达到了UL 94 V-0等级，其极限氧指数分别为30%和27%。PPDA能有效抑制TPU的滴落现象，而PHDA即使在添加量达到12 wt%时也无法实现这一效果。当添加量为9 wt%时，TPU/PPDA-9不仅达到了UL 94 V-0等级，还减少了滴落现象，其峰值热释放率和总热释放量分别比纯TPU降低了74%和40%，性能优于TPU/PHDA-3（分别降低了61%和34%）。与TPU/PHDA-3相比，TPU/PPDA-9的炭残渣更多，残余碳中的C-C结构比例和石墨化程度也更高，这表明磷酰胺类阻燃剂中的苯环结构更有利于形成有效的保护性碳层。此外，含有PPDA的TPU混合物对拉伸强度的影响较小，尤其是TPU/PPDA-3的拉伸性能几乎与纯TPU相当。本研究为磷酰胺类阻燃剂分子的设计与优化提供了实验依据。