绿色化工：一种用于隔热、阻燃和抑烟聚苯乙烯泡沫塑料的多孔结构胶粘剂

工程17（2022）151研究绿色化工-文章一种用于隔热、阻燃和抑烟可发性聚苯乙烯泡沫塑料的有效绿色多孔结构胶粘剂李梦恩，赵海波，程金波，王婷，傅腾，张爱宁，王玉忠四川大学化学学院高分子材料工程国家重点实验室环境友好型高分子材料国家工程实验室（四川）生态与防火高分子材料协同创新中心（MoE），成都610064阿提奇莱因福奥文章历史记录：收到2020年2020年6月16日修订2020年8月7日接受2022年5月18日网上发售保留字：生物质多孔涂料发泡聚苯乙烯泡沫低导热阻燃抑烟A B S T R A C T为解决聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）在阻燃、抑烟和保温之间的矛盾，以植酸（PA）改性淀粉为原料，设计了一种新型这种多孔FRS涂层具有开孔，与EPS珠形成的闭孔结合，在FRS-EPS中形成分级多孔结构，从而产生优异的隔热性，具有27.0 mW·（m·K）-1的较低热导率所得比光密度低至121，比纯EPS的624低80.6%FRS-EPS更有趣的是，在用酒精灯燃烧30分钟后，FRS-EPS的顶侧温度机理分析证实了FRS的膨胀作用，形成了致密的富磷杂化屏障，气相中形成的含磷化合物有助于FRS-EPS优异的阻燃和抑烟性能这种新型的多孔生物质基FRS体系为制备具有优异阻燃性、抑烟性和隔热性的聚合物泡沫提供了一种有前途的策略。©2022 The Bottoms.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇CC BY-NC-ND许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）中找到。1. 介绍随着城市化的快速发展，全球能源使用量大幅增加。世界总能源消耗的40%左右为了减少不必要的能量损失，保温建筑材料被开发出来，并在提高建筑物的能源效率方面发挥重要作用[2在这些材料中，发泡聚苯乙烯（EPS）泡沫占据了最大的市场份额[6]，这是由于其低成本和密度、优异的防潮性、减震性和隔热性[7然而，作为一种聚烯烃泡沫材料，EPS是极易燃的。而且，由于其孔隙率高，比表面积大，孔壁薄，空气含量高达*通讯作者。电子邮件地址：haibor7@163.com（H.- B.赵），yzwang@scu.edu.cn（Y.-Z. Wang）。98%（V/V），EPS比其相应的树脂更难阻燃[10，11]。EPS是一种严重的火灾危险，因为它容易点燃，随后快速火焰传播，热释放和烟雾产生[12，13]。EPS作为一种外保温建筑材料，据报道引发了无数的火灾[14]，使其成为人类生命财产的重大潜在威胁。因此，提高EPS的防火安全性（包括阻燃性和抑烟性）是一项迫切的根据生产工艺，可以在聚合[15-然而，在聚合阶段使用的最具成本效益的阻燃剂是含卤素的，如六溴环十二烷（HBCD），由于严重关注其生物累积性和热降解过程中产生的有毒物质，许多国家已禁止使用[24，25]。https://doi.org/10.1016/j.eng.2020.08.0322095-8099/©2022 THE COMEORS.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志首页：www.elsevier.com/locate/engM.- E. 李，H.-B. 赵，J-B. Cheng等人工程17（2022）151152···×××××××××××××最近，研究人员试图用无卤阻燃涂料涂覆EPS珠的表面，以制造防火的EPS[18每个EPS珠作为一个独立的单元，可以通过粘合剂涂覆少量阻燃剂以抑制燃烧。目前常用的胶粘剂是热固性树脂，包括三聚然而，由于传统树脂粘合剂和无卤阻燃剂对EPS的阻燃效率低，因此需要大量使用，这极大地影响了泡沫的隔热和其他质量[26]。此外，甲醛的使用对环境和人体有害[27]。因此，有必要找到一种环保和无甲醛的方法来提高EPS的阻燃性和抑烟性，而不牺牲其隔热性能。一种更重要的是，如果能构造出具有多孔微观结构和低导热系数的绿色功能涂层，将解决EPS泡沫阻燃与隔热的矛盾。不幸的是，文献中没有这种涂层的报道。受中国春节期间甜馒头的蒸制过程和用于粘贴春联的浆糊的启发，我们发现淀粉作为一种天然、可再生、廉价且易于获得的生物聚合物，在加热和干燥时可以发泡成多孔材料[28因此，我们提出利用淀粉作为一种绿色胶粘剂。 在这项研究中，淀粉通过另一种生物质基化合物植酸（PA）[34-36]通过酯化相互作用进行改性，以制备多孔阻燃淀粉（FRS），并将其涂覆在EPS珠的表面上。因此，以淀粉（碳给体和发泡剂）和PA（酸给体）为原料的FRS可用于EPS泡沫塑料的绿色膨胀阻燃体系。这种新的环保方法可以赋予EPS卓越的阻燃性和抑烟性，同时由于FRS-EPS泡沫的分级多孔结构，甚至可以提高其隔热性能相应的火灾行为和阻燃机制，揭示了使用综合的方法，并在这里报告。2. 实验方法2.1. 材料EPS珠粒（非阻燃，0.7- 1.1mm颗粒，膨胀比为45-50）由东莞市橡塑材料有限公司提供，Ltd.（中国），并作为对照。马铃薯淀粉（附录A中的图S1（a））和PA（附录A中的图S1（b））购自AladdinIndustrial Corp.（中国）。自始至终使用去离子（DI）水，并且所有材料均按供应使用。2.2. 样品制备首先将EPS珠粒在空气循环烘箱中在110 °C下预发泡8-15分钟，然后在室温下储存6 - 15分钟。12小时将淀粉和PA充分混合，然后分散在一定量的去离子水中。之后，将温度升高至80 °C持续约30分钟，使得淀粉变得完全胶凝化。将预发泡的PS珠粒与FRS在高速混合器中混合至少30分钟。接着，将混合物在120 °C下在IOMPa下转移到铁模具中6分钟，以引起使预发泡后的PS珠粒二次膨胀、固化，填充模具形状。冷却后，取出由模具产生的泡沫板，并置于60 °C的真空烘箱中过夜，以确保淀粉与PA充分反应。FRS-EPS的配方见附录A表S1 ，其中E x S y PA z分别指EPS 、淀粉和PA 的质量比（x：y：z）。2.3. 表征使用FT-IR光谱仪（Nicolet 170 SX，Thermo Fisher Scientific，USA）获得波数范围为400 - 4000 cm-1的傅里叶变换红外（FT-IR）光谱。在NETZSCH 209F1热分析仪（Netzsch，德国）上进行热重分析（TGA）。将样品在氮气（N2）和空气气氛下以10 °C/分钟从40 °C加热至700 °C。进行热重红外（TG-IR）光谱分析以测量挥发性产物在各种温度下的FT-IR光谱，其中TGA（NETZSCH 209 F1）和FT-IR（Nicolet 170 SX）的组合在40 ° C至700 °C下在50 mL min-1的氮气流速下以10 °C/分钟进行。极限氧指数（LOI）测试按照美国材料与试验协会（ASTM）D286-97使用HC-2C氧指数仪器进行;使用尺寸为150mm×10 mm ×10 mm的至少三个样品。FRS-EPS和纯EPS的垂直燃烧测试在CZF-2仪器（中国）上进行，根据ASTM D3801，具有UL-94标准。样品与LOI测试中使用的样品尺寸相同。根据ISO 5660-1：2015，使用外部热通量为35 kW m-2的锥形量热计（CC）仪器（FTT，UK），应用CC测试来测量样品的燃烧行为。的样本尺寸根据ISO 5659-2：2006在25 kW m-2用于测试的样品尺寸75毫米75毫米20毫米通过扫描电子显微镜（SEM; JSM 5900 LV，JEOL，日本）以20kV的加速电压分析FRS-EPS的形态和CC试验后剩余的炭残留物。FRS-EPS样品在液氮中断裂以保持其原始形态。使用能量色散X射线（EDX）光谱仪（INCA Oxford Instruments，UK）测量炭残余物的元素分析结果。通过激光扫描共聚焦显微镜（LSCM; LSM 800，Carl Zeiss AG，Germany）测定三维（3D）形貌图像和表面粗糙度。使用XSAM 80光谱仪（Kratos Co.，UK）与Al Ka激发辐射（hm= 1486.6 eV，1 eV =1.60217610- 19 J）。拉曼光谱用LabRAM HR 800激光拉曼光谱仪（Horiba Ltd.，日本），使用532 nm氦氖激光线。的热电导率为FRS-EPS和整洁根据ISO 22007-2：2008用Hot Disk 2500-OT（Hot Disk，Sweden）测量EPS（30 mm 30 mm 10 mm）。FRS-EPS和纯EPS的机械性能通过电子万能试验机（3366，Instron有限公司，USA），符合ISO 845：2004标准。取至少5个样品在10%变形时的应力的平均值作为泡沫的压缩强度;所有样品的尺寸均为50 mm50mm根据ISO 845：2006在室温下测量FRS-EPS和纯EPS的密度。测量尺寸为100 mm、100 mm和20 mm的三个以上样品，以获得平均值。M.- E. 李，H.-B. 赵，J-B. Cheng等人工程17（2022）1511533. 结果和讨论3.1. 淀粉与PA以PA和淀粉为原料制备了阻燃涂料FRS。PA分子含有六个磷酸基团，使其能够与淀粉中的羟基反应。图1显示了淀粉和PA之间反应的拟议机制。简而言之，淀粉与PA反应以构建交联网络，伴随着膦酸酯键的形成[37]。由于PA中含有丰富的磷（P），赋予EPS优异的阻燃性能。为了说明PA和淀粉之间的拟议反应和表征FRS的化学结构，进行了FT-IR和XPS分析。如图2（a）所示，FRS在1037 cm-1处观察到一个新的吸收峰，归属于在3400 cm-1附近，淀粉的分子内氢键被破坏，分子宽度变窄，强度降低。XPS结果显示P2s和P2p取代S4PA4，淀粉的O2s向更高能级移动，进一步表明淀粉与PA反应生成FRS。3.2. 细胞形态为了研究FRS涂层对EPS细胞形态的影响，进行了SEM测量。纯EPS、E8S4和E8S4PA1的SEM图像示于图3中。一般而言，纯EPS泡沫显示出具有光滑表面的闭孔结构，在球形泡孔之间存在一些空间（图3（a））。在淀粉的粘附下，多孔涂层覆盖闭孔并填充空隙（图3（b）），这可以解释为什么糊化后的淀粉前体在环境干燥下保持其多孔结构[28更有趣的是，如图3（c）所示，E8S4PA1在大EPS球体上显示出具有开孔的均匀多孔涂层，从而形成了多孔结构。也就是说，在淀粉用PA改性后，多孔FRS结构变得更均匀，并且存在更多的开孔，这可能是由于PA和淀粉之间的交联作用。这增加了骨架强度，并防止网络骨架在干燥过程中塌陷，从而保持多孔结构[31]。对纯EPS和FRS-EPS进一步进行共聚焦激光扫描显微镜测试Fig. 1. FRS和FRS-EPS的制备过程图二、（a）S4 PA 4、淀粉和PA的FT-IR光谱;（b）XPS光谱;和（c）淀粉和FRS的O 2s光谱M.- E. 李，H.-B. 赵，J-B. Cheng等人工程17（2022）151154-····图三. （a）纯EPS、（b）E8S4和（c）E8S4PA 1的SEM图像。表面粗糙度如附录A中的图S2所示，对于纯EPS珠粒，涂覆有S4PA 1的EPS珠粒的表面粗糙度从85.7 μ m增加到156.0μ m，并且在E8S4PA 1的珠粒上检测到杯深度的显著差异，进一步表明EPS珠粒上存在开放多孔涂层。此外，FRS均匀且紧密地涂覆在EPS珠粒上，珠粒之间没有分离。这种分级多孔结构在提高FRS-EPS泡沫的隔热性能方面起着关键作用3.3. 物理行为EPS的物理性能，包括其力学性能和保温性能，在其实际应用中，特别是在建筑保温领域中是非常重要的。FRS-EPS和纯EPS的相应数据如图4（a）所示，纯EPS的抗压强度为157 kPa，而FRS-EPS的抗压特别是E8S4PA4的压缩强度最高在313 kPa时，其降解率为纯EPS的200%。由于EPS的闭孔结构，FRS被包覆在EPS珠的细胞壁上。随着FRS前驱体浓度的增加，涂层变得更硬和更强，导致FRS-EPS的压缩强度更高。当涂层中PA含量过高时，泡沫的抗压强度略有下降，可能是因为过量的PA破坏了FRS的稳定性。更有趣的是，FRS涂层的加入并没有像以前报道的那样对于传统的阻燃EPS泡沫与树脂涂层[26]。相反，导热率从纯EPS的30.3mW（m K）-1降低到E8 S4 PA 1的27.0mW（m K）-1，降低了10.9%（图4（b）），表明FRS涂层改善了EPS的隔热性。这一结果可归因于FRS涂层的多孔结构。如图3所示，与纯EPS的简单闭孔结构（图3（a））一致，进一步通过红外热成像试验验证了FRS-EPS的优异隔热性能。 图5描绘了在100 °C加热器上连续加热期间E8S4PA1和具有2cm厚度的纯EPS样品的上表面的伪彩色热图像和时间依赖性温度曲线。如图5所示，当同时加热时，E8S4PA 1的上表面点的温度总是比纯EPS的上表面点的温度低得多，证明了前者提供的好得多的隔热性。值得注意的是，在100 °C下加热60分钟后，E8S4PA 1的上表面点的温度仅从25.7 °C增加到29.5 °C。显然，将多孔FRS涂层置于EPS上有效地改善了其隔热性。3.4. 热稳定性通过TGA研究了FRS-EPS和纯EPS的热稳定性（图1B）。 6），并且相应的数据汇总在表1中。纯EPS在400 ~ 470°C只有一个分解阶段，热降解后几乎没有残留物与此相反，在FRS-EPS中观察到两个步骤的降解过程FRS涂层在130 ~ 400°C的第一阶段分解，形成保护性炭层，从而在一定程度上降低了如表1所示，与纯EPS相比，FRS-EPS的最大降解温度（Tmax）E8S4PA8的Tmax和损失率为444.7 °C和9.82%/分钟。 而且随着PA含量的增加，FRS-EPS的成炭能力逐渐增强，E8 S4 PA 8的成炭率最高（32.60%）。这一发现表明，PA促进形成更多的char炭层作为保护屏障有效地防止EPS的进一步降解，从而改善FRS-EPS的阻燃性图四、（a）FRS-EPS和纯EPS的抗压强度和（b）导热率M.- E. 李，H.-B. 赵，J-B. Cheng等人工程17（2022）151155图五、在100 °C加热器上连续加热期间，具有2cm厚度的FRS-EPS和纯EPS样品的热绝缘在0至60分钟的不同时间点的伪彩色热图像：（（g）上表面点随时间变化的温度曲线（Sp）。图六、FRS-EPS和纯EPS在N2中以10 °C/分钟的加热速率的（a）TGA和（b）导数热重分析（DTG）曲线表1FRS-EPS和纯EPS在N2中以10 °C/分钟的加热速率的特征TGA数据样品T5%（°C）T最大值（°C）最大损失率（%/分钟）700 °C下的残留物（%）EPSE8S4E8S4PA1E8S4PA4E8S4PA8391.0231.8184.2159.2159.8432.8420.7434.4441.7444.7-23.89-21.10-17.55-12.32-9.820.458.9812.4922.5832.60T5%：失重5%的温度。3.5. 燃烧行为3.5.1. 小型火灾试验极限氧指数和垂直燃烧试验是评价FRS-EPS防火安全性的经典小火试验。如表2中所示，纯EPS是极其易燃的，具有仅17.0%的非常低的LOI值，而FRS涂层的引入显著改善了泡沫的阻燃性。结果表明，随着PA含量的增加，泡沫的极限氧指数逐渐增大。值得注意的是，E8S4PA8显示出35.5%的最高LOI值。FRS-EPS和纯EPS的垂直燃烧试验纯EPS燃烧完全，并有严重的滴落，并在点燃时蔓延到夹具上（图7左侧），而E8S4未能通过测试。加入PA改性淀粉后，FRS-EPS特别是，E8S4PA8表现出自熄行为（图7的中心右侧）并且不能被第二次点燃（图7的最右侧），显示出优异的小型火灾安全性能。3.5.2. 耐火性通过酒精灯燃烧试验评价了泡沫的阻燃性 用酒精灯对E8S4PA8和纯EPS试样施加连续高温火焰，记录热图像。如图8所示，当纯EPS暴露在酒精灯下时，火焰迅速蔓延到样品顶部，并产生大量烟雾，背面表面温度在短短20 s内达到最高325°C随着EPS可燃物燃尽，温度逐渐降低。E8S4PA8表面形成了致密的炭层，有效地抑制了燃烧和火势蔓延。即使在连续燃烧30分钟后，M.- E. 李，H.-B. 赵，J-B. Cheng等人工程17（2022）151156·······表2FRS-EPS和纯EPS的UL-94和LOI测试样品UL-94LOI（%）纯EPSN.R.17.0E8S4N.R.20.0E8S4PA1V-223.0E8S4PA4V-128.5E8S4PA8V-035.5图7.第一次会议。纯EPS和E8S4PA8在垂直燃烧测试期间的数码照片FRS-EPS防止火焰通过背面燃烧，并保持其结构完整性。更有趣的是，在背面表面的中心处的温度缓慢增加，并且在燃烧15分钟后稳定在140 °C。值得注意的是，顶表面边缘的温度实际上保持在原始室温，表明优异的高温隔热。这些结果表明，F R S - E P S 满 足 高 温 隔 热和 耐 火 的 严 格 要 求 。3.5.3. 大规模燃烧和抑烟行为CC试验是评价材料大尺度燃烧行为的有效方法。它产生关键参数，包括峰值热释放速率（PHRR）、总热释放（THR）、峰值产烟速率（PSPR）和总产烟量（TSP），可用于预测材料在真实火灾中的火灾和烟雾危害[41上述参数的曲线如图1A和1B所示。图9和图10示出了图1和图10中的数据，并且相应的详细数据提供在表3中。较低的PHRR和THR值表明在火灾期间释放的热量较少结果表明，纯EPS的PHRR值为640 kWm-2，E8 S4的PHRR值更高，为683 kWm-2，而FRS的加入使PHRR值大大降低E8S4 PA 8的PHRR值仅为107 kWm-2，比纯EPS降低了83.3%。因此，FRS作为一种有效的保护屏障，以限制火灾蔓延速度。E8 S4 PA 8的THR值（4.7MJm-2）比纯EPS的THR值（27.8MJm-2）小83.1%。这一结果进一步证实了FRS的有效燃烧抑制作用较低的PSPR和TSP值表示在火灾期间较低的烟雾风险和较长的逃生时间 如图如图10和表3所示，FRS的掺入大大降低了EPS的烟雾排放。E8 S4 PA 8的PSPR 值仅为0.10m2s-1 ，远低于纯EPS 的0.37m2s-1，说明FRS可作为一种有效的保护层来减缓烟气释放。TSP值也随着FRS的加入而显著降低E8S4PA8的TSP值低至4.1m2，比纯EPS（19.4m2）低78.9%这种优异的抑烟性能可能是由于FRS改善了成炭能力，这也由CC测试后的残留值表明来自E8S4PA8的残留物为73%，其远大于E8S4（5wt%）或纯EPS（0）的在燃烧过程中，FRS促进了炭层的形成，从而阻止了烟气的排放。进一步进行了烟密度室测试，以评估研究了FRS-EPS和纯EPS的释烟行为高透射值反映高能见度，这表明在火灾中逃生的 如图 11（a），纯EPS在燃烧期间剧烈燃烧，具有非常低的透射率（几乎为0），并且淀粉的掺入没有改善透射率。而淀粉经PA改性后，透光率大大提高：E8S4PA4的透光率高达12.5%，远高于纯EPS的透光率（0%）。烟密度直接对应于火灾中如图 11（b），纯EPS的比光学密度（Ds）在150 s后趋于稳定在624左右，图8.第八条。（a-c）纯EPS和（d-f）E8 S4 PA 8在酒精灯燃烧测试期间的伪彩色热图像（g）纯EPS和（h）E8S4PA8的背面表面点的相应时间依赖性温度曲线M.- E. 李，H.-B. 赵，J-B. Cheng等人工程17（2022）151157图9.第九条。（a）在35 kW·m-2的CC试验中，FRS-EPS和纯EPS的热释放速率（HRR）曲线和（b）THR曲线图10个。（a）在35 kW·m-2的CC试验中，FRS-EPS和纯EPS的产烟率（SPR）曲线和TSP曲线表3FRS-EPS和纯EPS在35 kW·m-2条件下的CC试验特性数据样品TTIPHRRTHRFIGREPSPRTSP残基（个）（kW·m-2）（MJ·m-2）（kW·m-2扬程-1）（m2·s-1）（m2）（%）EPS1264027.89.10.3719.40E8S41468331.29.80.3519.95E8S4PA11517329.45.70.2324.017E8S4PA41218124.65.50.1912.241E8S4PA8181074.73.50.104.173TTI：点火时间; FIGRE：PHRR与TPHRR的比值（PHRR时间）。而E8S4显示出更大的比密度670。PA改性淀粉有效降低了EPS的烟密度：E8S4PA4的比光密度为121，比纯EPS的比光密度（624）降低了80.6%可见，生物质基FRS涂层赋予EPS优异的抑烟能力。3.6. 阻燃抑烟机理为研究阻燃剂阻燃抑烟机理，采用热重-红外联用技术对阻燃剂聚苯乙烯（FRS-EPS）热降解过程中的气体产物进行了研究。图12显示了在典型降解温度下挥发产物纯EPS、E8S4和E8S4PA4的结构。如图12（a）和图6所示，纯EPS的降解发生在400 °C。在1625和3050 cm-1处的吸收峰分别归属于苯环的骨架振动和=C-H伸缩振动，说明EPS主要降解为芳香单体、二聚体和芳香杂环基团等，在504 °C时没有残留物，实时吸收峰消失.如图12（b）所示，E8 S4在405 °C下在1120和1300 cm-1处出现新的特征峰，这归因于淀粉分解产生的C-O和O-H振动。对于E_8S_4PA_4，在419 °C时，在1000 cm-1处观察到一个新的峰，这归因于C-O-P。在3050 cm-1处的峰比纯的低得多M.- E. 李，H.-B. 赵，J-B. Cheng等人工程17（2022）151158图十一岁（a）在25 kW·m-2的引燃火焰下，FRS-EPS和纯EPS的透光率曲线和比光密度（Ds）图12个。（a）纯EPS、（b）E8 S4和（c）E8 S4 PA 4在特征热降解温度下的分解产物的FT-IR光谱EPS和E8 S4在700°C时仍有1625 cm-1的吸收峰，这是由于FRS减缓了EPS的分解因此，FRS不仅减缓了EPS的分解，而且生成不可燃的含磷化合物，稀释了燃烧区的氧气和可燃挥发性气体，起到了气相阻燃的重要作用。附录A中的图S3和图13显示了CC试验后残留炭的数码照片和SEM图像。如图 S3时，纯EPS和E8S4几乎没有残留炭，而E8S4PA4和E8S4PA8观察到明显的膨胀碳层。此外，FRS-EPS显示了致密和连续的炭残留物（图11）。 13）。随着涂层中PA含量的增加，炭渣的微观结构变得更加致密。E8S4PA4的膨胀碳层几乎没有缺陷，表明保护效果最好。结果表明，PA促进了EPS中致密的富磷炭层的形成，从而提高了EPS的阻燃性能为了验证这一假设，进行了EDX光谱，FT-IR和XPS研究CC试验后残留物的元素组成和化学结构。如附录A图所示。在FT IR谱图中，FRS-EPS的所有残基在10 0 0 cm-1附近均存在S4和S5吸收峰，归属于C-O-P;在XPS谱图中，均存在P2 s和P2 p吸收峰。进一步进行拉曼测试以表征燃烧后的焦残留物的石墨化程度。如图14所示，在1368 cm-1处的峰，称为D带，与无定形无序碳，而在1590 cm-1处的峰，归属于G带，与具有sp2杂化碳的石墨化炭层有关[46残余炭的石墨化程度通过D和G带强度比（ID/IG）来证明较低的ID/IG表示较大的石墨化程度，导致更稳定的炭结构和更好的阻燃性。 如图随着PA含量的增加，FRS-EPS的ID/IG逐渐减小。因此，PA作为一种催化剂，以促进炭的石墨化，从而形成一个更稳定的富磷混合炭，赋予EPS具有更好的阻燃性。总体而言，可以推测FRS-EPS的阻燃和抑烟机理当FRS-EPS燃烧时，涂层中的淀粉在PA催化下迅速脱水形成碳骨架。然后不可燃气体（例如，在FRS分解过程中产生的CO2、H2O和含磷化合物）破坏碳支架形成膨胀、致密和稳定的富磷混合炭层。该混合炭层作为保护屏障以抑制可燃气体和烟雾的排放此外，不可燃气体稀释氧气浓度并防止可燃挥发性气体进入燃烧区域。在FRS的凝聚相和气相作用M.- E. 李，H.-B. 赵，J-B. Cheng等人工程17（2022）151159··图十三. CC测试后FRS-EPS的炭残留物的SEM图像图十四岁分别在（a）E8S4PA1、（b）E8S4PA4和（c）E8S4PA8的CC测试之后的炭残余物的拉曼光谱图十五岁FRS-EPS阻燃抑烟机理模型图4. 结论总之，设计了一种由PA改性淀粉获得的新型绿色多孔FRS涂层，并将其装饰在EPS珠粒上，从而产生高效的隔热、阻燃和抑烟泡沫。由于FRS的多孔结构，所得泡沫的热导率降低到27.0 mW（mK）-1。FRS还大大提高了压缩强度，同时降低了EPS的可燃性和烟雾排放特别是，FRS-EPS在酒精灯下燃烧30 min后，仍能保持原有形状而不着火，还能有效地抑制热传递，表现出优异的高温隔热性能。TG-IR、SEM和Raman结果证实了致密稳定的富磷杂化阻隔层和气相中的含磷化合物有助于优异的阻燃和抑烟性能。这项工作为解决消防安全和EPS泡沫的隔热材料。所得到的泡沫显示出高耐火性、抑烟性和低导热性的组合优点，从而显示出用于建筑物隔热的巨大潜力。致谢本研究得到了国家自然科学基金（51827803、51320105011、51790504、51721091）、中国科协青年拔尖人才资助计划和中央高校基础研究基金的遵守道德操守准则Meng-En Li、Hai-Bo Zhao、Jin-Bo Cheng、Ting Wang、TengFu、Ai-Ning Zhang和Yu-Zhong Wang声明他们没有利益冲突或财务冲突需要披露。M.- E. 李，H.-B. 赵，J-B. Cheng等人工程17（2022）151160附录A.补充数据本文的补充数据可在https://doi.org/10.1016/j.eng.2020.08.032上找到。引用[1] Široky'J，OldewurtelF，PrívaraS. 一种节能建筑供暖系统的模型预测控制实验分析。应用能源2011;88（9）：3079-87.[2] 曹志杰，廖伟，王世胜，赵海波，王永中。具有功能化石墨烯的聚氨酯泡沫具有高耐火性、低烟雾释放、优异的隔热性。Chem EngJ 2019;361：1245-54.[3] 李梅梅，王世胜，韩立新，袁伟军，程建斌，张安，等。多级多孔SiO2/聚氨酯泡沫复合材料的隔热、阻燃和抑烟性能。J HazardMater 2019;375：61-9.[4] WangSX，Zhao HB，Rao WH，Huang SC，Wang T，Liao W，et al. 本品为聚氨酯硬质泡沫塑料，具有优异的热绝缘性能和机械性能.聚合物2018;153：616-25。[5] 陈海柏，沈萍，陈明杰，赵海柏，Schiraldi DA.海藻酸盐/粘土气凝胶涂层的高效阻燃聚氨酯泡沫塑料。ACS ApplMater Interfaces 2016;8（47）：32557-64.[6] 徐勤，金春，格里芬G，江Y。多尺度法评价聚苯乙烯泡沫塑料的火灾安全性。 JTherm Anal Calorim 2014;115（2）：1651-60.[7] Raps D，Hossieny N，Park CB，Altstädt V.过去和现在的发展在聚合物珠粒泡沫和珠粒发泡技术中。 聚合物2015;56：5- 19.[8] 作者：Wang J，Chow W.泡沫塑料用阻燃剂的研究进展。应用聚合物科学杂志2005;97（1）：366-76.[9] 田海忠，朱春英，高俊杰，程凯，郝建民，王凯，等。定量评估。的大气排放的有毒重中国人为来源的重金属：历史趋势、空间分布、不确定性和控制政策。Atmos Chem Phys2015;15（17）：10127-47。[10] 张华，郭永，Gerecke AC，王杰。聚苯乙烯泡沫热切割过程中六溴环十二烷与纳米颗粒和微米颗粒的共同释放。环境科学技术2012;46（20）：10990-6.[11] 洪Y，方X，姚D.蜂窝结构复合聚苯乙烯泡沫塑料的加工。聚合物工程科学2015;55（7）：1494-503。[12] 余乙，刘明，卢莉，董旭，高伟，唐凯.基于层次分析法的热塑性塑料火灾危险性评价。Fire Mater2010;34（5）：251-60.[13] 周克，桂忠，胡勇。石墨烯基抑烟剂对降低聚苯乙烯复合材料火灾危险性的影响。 Compos Part A ApplSci Manuf 2016;80：217-27.[14] Stec AA，Hull TR。建筑保温材料的火灾毒性评价。能源建设2011;43（2-3）：498-506。[15] Glück G，Dietzen FJ，Hahn K，EhrmannG，发明家方法用于生产可发性聚苯乙烯颗粒。 联合国专利6444714 B1. 2002年。[16] Levchik SV ， Weil ED. 苯 乙 烯 热 塑 性 塑 料 和 泡 沫 阻 燃 性 的 新 发 展 。 PolymInt2008;57（3）：431-48.[17] 黄军，赵忠，陈涛，朱英，吕忠，龚晓，等.悬浮聚合法制备高分散可膨胀石墨/聚苯乙烯 复 合 泡 沫 塑 料 的 研 究 . 中 国 建 筑 材 料 学 报 ， 2001 ， 14 （ 1 ） ： 111 - 112.Carbon2019;146：503-12.[18] 张S，季伟，韩毅，顾新，李宏，孙军. 用乙醇改性三聚氰胺甲醛树脂和微胶囊化聚磷酸铵涂覆的阻燃可发性聚苯乙烯泡沫。J Appl Polym Sci 2018;135（28）：46471-8.[19] 曹波，顾晓，宋晓，金晓，刘晓，刘晓，等。三聚氰胺改性脲醛树脂包覆可发性聚苯乙烯泡沫塑料的燃烧性能。JAppl Polym Sci 2017;134（5）：44423-30.[20] 王志，蒋S，孙华.含有聚磷酸铵和纳米氧化锆的膨胀聚苯乙烯泡沫具有改进的阻燃性和机械性能。伊朗聚合物J 2017;26（1）：71-9.[21] Sayadi AA，Tapia JV，Neitzert TR，Clifton GC. 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