Hexachlorocyclotriphosphazene functionalized lignin as a sustainable and effective flame retardant for epoxy resins

阻燃剂 环氧树脂 烧焦 膨胀的 木质素 锥形量热计 化学 炭化 复合数 热固性聚合物 聚合物 固化(化学) 复合材料 化学工程 高分子化学 材料科学 燃烧 有机化学 工程类
作者
Yi Wei,Siyao Zhu,Qianwen Qian,Qiuran Jiang,Liying Zhang,Kejia Jin,Wanshuang Liu,Yiping Qiu
出处
期刊:Industrial Crops and Products [Elsevier]
卷期号:187: 115543-115543 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.indcrop.2022.115543
摘要

Lignin, a low-cost and abundant polyphenol biomass, has considerable potential to develop sustainable flame retardants for polymers due to its aromatic skeleton and high char-forming capability after combustion. In order to integrate phosphorous and nitrogen elements, herein lignin was facilely modified by hexachlorocyclotriphosphazene through a one-step nucleophilic substitution reaction. The functionalized lignin (Lig-HCCP) was used as an additive to improve the flame retardancy of epoxy resins. The effects of Lig-HCCP with different loading levels on the curing behaviors, rheological characteristics, as well as thermal, mechanical, and flame-retardant properties of the resulting epoxy composites were studied in detail. Notably, the epoxy composite containing 20 wt% Lig-HCCP showed the highest limited oxygen index (LOI) of 28.2% and achieved a UL-94 V-0 rating in the vertical burning test. Furthermore, the results of cone calorimeter tests indicated that the peak heat release rate, heat release rate, and total smoke production of the epoxy composite were decreased by 58.9%, 38.5%, and 63.1%, respectively, compared with the control resin. The flame retardant mechanisms could be ascribed to the P-N synergy and abundant aromatic structures in Lig-HCCP, which contributed to the formation of intumescent and compact char layers. This work demonstrates a simple and promising approach to utilize lignin feedstocks for value-added flame retardants.
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