Molecular Structure-Dependent Flame Retardancy of Phosphonamides in Thermoplastic Polyurethane Elastomer: Aliphatic Chains vs Aromatic Rings

热塑性聚氨酯 材料科学 热塑性弹性体 高分子科学 复合材料 热塑性塑料 高分子化学 聚氨酯 弹性体 聚合物 共聚物
作者
Ye Tian,Yingxin Li,Yajun Chen,Lijun Qian
出处
期刊:ACS applied polymer materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (20): 13478-13487
标识
DOI:10.1021/acsapm.5c02053
摘要

In this study, aliphatic (PHDA) and aromatic (PPDA) phosphonamide flame retardants were designed, and thermoplastic polyurethane elastomer (TPU) blends were prepared through melt blending. Results showed that both flame retardants significantly enhanced TPU’s fire safety: at 3 wt % loading, TPU/PHDA-3 and TPU/PPDA-3 both achieved UL 94 V-0 rating with limiting oxygen index values of 30 and 27%, respectively. PPDA can work as an effective disincentive to the dripping behavior of TPU, while PHDA cannot achieve such an effect even up to 12 wt % addition. At 9 wt % loading, TPU/PPDA-9 attained UL 94 V-0 rating without dripping, reducing peak heat release rate and total heat release by 74 and 40% compared to pure TPU, outperforming the PHDA system (61 and 34%). Compared with TPU/PHDA-9, TPU/PPDA-9 had more char residue, and the percentage of the C–C structure and the degree of graphitization in the residual carbon were higher, indicating that the benzene ring structure in phosphonamidite flame retardants is more favorable for the formation of an effective protective carbon layer compared with aliphatic chains. Moreover, the TPU blends with PPDA exhibited less impact on tensile strength compared with those with PHDA. In particular, TPU/PPDA-3 showed almost the same tensile test results as pure TPU. This study provides an experimental basis for the design and regulation of phosphonamide molecules.
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