Highly efficient metal-organic framework based intumescent poly(L-lactic acid) towards fire safety, ignition delay and UV resistance

膨胀的 极限氧指数 可燃性 材料科学 烧焦 激光点火 点火系统 化学工程 聚氨酯 倍半硅氧烷 复合材料 燃烧 热解 化学 阻燃剂 聚合物 有机化学 物理 工程类 热力学
作者
Xu Jin,Jing Zhang,Yanlong Zhu,Anying Zhang,Rui Wang,Meng Cui,De‐Yi Wang,Xiuqin Zhang
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier BV]
卷期号:250: 126127-126127 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2023.126127
摘要

Developing multifunctional biodegradable PLA with ignition delay, high efficient fire retardancy, and UV resistance properties is a challenging task owing to its high flammability, and mutually exclusive phenomenon between the latter two properties. In this work, we report a superior efficient synergistic action combining piperazine pyrophosphate (PAPP) and a Co based metal-organic framework (ZIF-67). Results illustrated that with merely 0.06 wt% ZIF-67, intumescent PLA containing 4.96 wt% PAPP reached UL-94 V0 rating. The PLA/4.9PAPP/0.1MOF sample possessed a limiting oxygen index (LOI) value at 33 %, exhibited a 28 % reduction in peak heat release rate (pHRR) and a 67 % increase in fire propagation index (FPI). Moreover, the presence MOF delayed the ignition time of PLA by 12 s due to the highly porous structure of MOF and its chemical heat-sink performance. Insightful reaction to fire mechanism in the condensed phase via TG-FTIR and Raman revealed that a crack free protective intumescent char layer with higher graphitization degree was formed, which effectively enhanced the barrier effect and minimize the heat and fuel transfer. In addition, the UV resistance of PLA composites is enhanced, remaining at and below 5 % transmittance in the UVA and UVB areas. This work provides a green production way of multifunctional degradable materials and broadens their application fields.
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