Fabrication and Mechanism Study of Cerium-Based P, N-Containing Complexes for Reducing Fire Hazards of Polycarbonate with Superior Thermostability and Toughness

材料科学 热稳定性 韧性 聚碳酸酯 化学工程 复合材料 机制(生物学) 聚合物 制作 冶金 有机化学 化学 病理 替代医学 哲学 工程类 认识论 医学
作者
Ting Sai,Yukai Su,Haifeng Shen,Shiya Ran,Siqi Huo,Zhenghong Guo,Zhengping Fang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (25): 30061-30075 被引量:65
标识
DOI:10.1021/acsami.1c07153
摘要

A superior comprehensive performance is essential for the extensive utilization of polymers. Current flame-retardant strategies for polycarbonates (PCs) usually realize satisfied fire resistance at the cost of thermostability, toughness, and/or mechanical robustness. Thus, we report a rare-earth-based P, N-containing complex with a lamellar aggregated structure [Ce(DPA)3] by a coordination reaction between a tailored ligand and cerium(III) nitrate. The results indicate that incorporating 3 wt % Ce(DPA)3 enables the resultant PC composite to achieve UL-94 V-0 rating, with a 55% reduction in the peak heat release rate. Besides, the initial (T5) and maximum (Tmax1 and Tmax2) decomposition temperatures are significantly increased by 21, 19, and 27 °C, respectively, in an air atmosphere. Moreover, the impact strength and elongation at break of the PC composite containing 3 wt % Ce(DPA)3 are greatly increased by 20 and 59%, respectively, relative to pristine PC, while its tensile strength (57 MPa) is still close to that of bulk PC (60 MPa). Notably, this work provides a novel methodology for revealing the evolution mechanisms of chemical structures of vapor and residual products during thermal decomposition, which is conducive to guiding fire and heat resistance modification of PC in the future.
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