Intumescent-Grafted Bamboo Charcoal: A Natural Nontoxic Fire-Retardant Filler for Polylactic Acid (PLA) Composites

阻燃剂 聚乳酸 材料科学 复合材料 极限氧指数 膨胀的 烧焦 炭化 竹炭 生物炭 聚合物 热解 纤维 化学 有机化学
作者
Liang Zhang,Weisheng Chai,Wenzhu Li,Kate Semple,Ningning Yin,Wenbiao Zhang,Chunping Dai
出处
期刊:ACS omega [American Chemical Society]
卷期号:6 (41): 26990-27006 被引量:21
标识
DOI:10.1021/acsomega.1c03393
摘要

In this work, an alternative flame-retardant filler based on phosphate- and urea-grafted bamboo charcoal (BC-m) at 10-30 wt % addition was aimed at improving the flame retardancy of polylactic acid (PLA) composites. The filler caused only a small reduction in strength properties but a slight increase in the modulus of elasticity of PLA composites. BC-m significantly improved the flame-retardant performance compared with pure BC. The limiting oxygen index (LOI) was 28.0 vol % when 10 wt % of BC-m was added, and 32.1 vol % for 30 wt % addition, which was much greater than the value of 22.5 vol % for 30 wt % pure BC. Unlike pure BC, adding BC-m at 20 wt % or more gave a UL-94 vertical flame test rating of V-0 with significantly reduced melt dripping. The peak heat release rate (pHRR) and total heat release (THR) of BC-m/PLA composites decreased by more than 50% compared with pure PLA, and the values for 20% BC-m were significantly less than that for 25% BC addition. The grafted biochar-based system provides an effective flame retardancy effect by a condensed-phase protective barrier through the rapid formation of a dense, honeycomb-like cross-linked carbonized char layer. The results suggest a promising route to enhancing the flame-retardant properties of biodegradable polymer composites using nontoxic, more environmentally friendly grafted biochar.

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