异氰酸酯基聚酰亚胺泡沫（PIFs）因其优异的性能，包括热稳定性、机械强度和轻质特性，在各种工业应用中备受关注。然而，其易燃性限制了其更广泛的应用。本文探讨了将液态三（1-氯-2-丙基）磷酸酯（TCPP）和微米级水滑石（LDH）颗粒作为阻燃剂添加到异氰酸酯基PIFs中。研究阐明了不同添加量和混合比例的添加剂对泡沫阻燃性和结构完整性的影响。研究结果表明，TCPP和LDHs的结合具有提高阻燃性和改善泡孔结构的潜力。
聚酰亚胺泡沫，特别是异氰酸酯基聚酰亚胺泡沫，因其优异的热稳定性和机械性能，被广泛应用于从航空航天到汽车等各个行业。然而，其固有的易燃性仍然是一个关键缺陷，限制了它们在对火灾敏感环境中的应用。因此，添加阻燃剂对于提高其耐火性能至关重要。
近年来，人们对多种阻燃剂进行了研究，以提高聚合物材料的阻燃性能。其中，液态磷基化合物，例如TCPP，已展现出显著的阻燃效果。TCPP能够通过物理和化学两种作用机制干扰燃烧过程。然而，由于TCPP在固化过程中易挥发，高浓度使用可能会对泡沫的结构完整性产生不利影响。
相反，由金属氢氧化物组成的无机化合物层状双氢氧化物（LDHs）展现出作为阻燃剂的巨大潜力。其独特的层状结构允许各种阴离子嵌入层间，当将其掺入聚合物基体中时，可以增强其热稳定性和阻燃性能。本文旨在研究在异氰酸酯基聚合物增强泡沫（PIFs）中，将TCPP与LDHs结合的协同效应，重点关注所得泡沫的耐火性能和结构性能。
采用一步法合成了基于异氰酸酯的聚合物诱导泡沫（PIFs），其中加入了不同剂量的TCPP和LDH颗粒。根据以下配方对泡沫进行了分类：
对照组（无添加剂）
仅含TCPP的配方（剂量各异）
仅含LDH的制剂（剂量各异）
TCPP和LDH的混合配方（各种混合比例）
制备过程包括将各组分充分混合，然后在受控条件下进行固化。所得泡沫材料经受各种分析测试以评估其性能。
极限氧指数（LOI）：该测试用于评估燃烧所需的最低氧气浓度。LOI 值越高，表明阻燃性越好。
锥形量热仪测试（CCT）：CCT 用于评估泡沫的热释放特性，从而深入了解其燃烧行为。
扫描电子显微镜（SEM）：利用 SEM 观察泡沫的宏观和微观结构完整性，从而可以详细检查细胞形态。
热稳定性分析：采用热重分析（TGA）评估泡沫材料在不同条件下的热稳定性。
异氰酸酯基聚对苯二甲酸乙二醇酯共聚物（PIFs）的阻燃性能受TCPP和层状双氢氧化物（LDHs）添加量的显著影响。极限氧指数（LOI）值表明，与仅含LDHs的配方相比，含TCPP的配方表现出更高的阻燃性能。具体而言，当TCPP添加量为10%时，LOI值提高了29.4%。
锥形量热仪测试结果进一步证实了这些发现，表明添加10% TCPP后，峰值热释放速率（PHRR）降低了36.1%。这一降低至关重要，因为它表明热释放速率减缓，从而提高了材料在火灾环境中的安全性。
TCPP虽然展现出优异的阻燃性能，但其过高的浓度会对泡沫的结构造成不利影响。扫描电镜图像显示，当TCPP用量超过10%时，宏观孔隙结构出现明显的开裂，并观察到微孔开口。这些结构损伤归因于TCPP在后固化阶段的快速挥发，导致孔隙收缩。
相比之下，LDHs的引入显著提高了泡沫材料的结构完整性。当TCPP与LDHs以10%的比例混合使用时，所得泡沫材料的宏观和微观孔隙结构均得到改善。LDHs在泡沫材料中的分散有助于增强孔隙窗口和骨架，从而减少孔隙收缩。
TCPP与LDHs的组合被证实能协同增强泡沫的耐火性和结构完整性。LDHs的存在减轻了TCPP对泡沫泡孔结构的不利影响，从而形成更稳定的泡沫基质。与单独使用TCPP处理的泡沫相比，10% TCPP和10% LDHs的优化配方不仅提高了泡沫的耐火性能，而且更好地保持了泡沫泡孔结构。
研究结果强调了在聚合物体系中平衡阻燃添加剂的重要性，以在不损害结构完整性的前提下实现最佳阻燃性能。TCPP作为阻燃剂的有效性已得到充分证实；然而，其高挥发性给维持聚合物泡沫材料（PIF）的预期性能带来了挑战。引入层状双氢氧化物（LDH）通过增强泡沫结构并进一步提高阻燃性来解决这些挑战。
观察到的峰值热释放速率（PHRR）降低和极限氧指数（LOI）提高凸显了液态和固态阻燃剂联合使用的潜力。这种方法不仅提高了防火安全性，而且确保了关键机械性能的保持，这对于PIF在各行业的实际应用至关重要。
总之，本研究表明，液态TCPP与微米级LDHs的结合显著提高了异氰酸酯基聚酰亚胺泡沫的阻燃性和结构完整性。这些阻燃剂的协同效应使得制备符合安全标准且性能优异的高质量聚酰亚胺泡沫成为可能。未来的研究应着重探索这些阻燃体系的长期稳定性及其对环境的影响，以确保其在各种应用中的可持续利用。
