两种DOPO衍生物对醇酸树脂的化学改性及阻燃性能研究

摘要

醇酸树脂是基于酯化反应的缩聚型涂料树脂之一，因制造工艺简便且涂膜综合性能优良而得到了大量的应用。但是醇酸树脂具有易燃性，在生产、运输和储存等过程中存在着较大的安全隐患，因此需要对其进行阻燃处理。基于含卤素阻燃剂的毒害性以及添加型阻燃剂对醇酸树脂漆膜性能的损害，较好的阻燃处理方式是通过反应型阻燃剂对醇酸树脂进行无卤阻燃改性。
　　9，10-二氢-9-氧杂-10-膦菲-10-氧化物(DOPO)及其衍生物具有较高的热稳定性，可以作为添加型阻燃剂或反应型阻燃剂用于多种聚合物。本文以DOPO和马来酸为原料，通过加成反应合成2-[10-(9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物-10-基)]-马来酸(DOPO-MA)，同理，以DOPO、二乙醇胺和多聚甲醛为原料合成6-（（双(2-羟基乙基)氨基）甲基)-6H-二苯并-[c，e][1，2]-氧膦烷-6-氧化物(DHDOPO)。两种DOPO衍生物阻燃剂分别与豆油脂肪酸、季戊四醇、邻苯二甲酸酐等原料制备了DOPO-MA阻燃醇酸树脂(MAALK体系)和DHDOPO阻燃醇酸树脂(DHALK体系)。FTIR和1H-NMR证明两种阻燃剂分别参与了醇酸树脂的缩聚反应。锥形量热仪测试结果表明，MAALK体系和DHALK体系的阻燃性能与未阻燃的醇酸树脂(ALK)相比均得到改善，且随着阻燃剂引入量的增加而提高。当树脂中磷含量达到2.5％时，50kW/m2热流条件下，MAALK和DHALK的点燃时间从ALK的7s分别延长至16s和14s，热释放速率峰值(PHRR)由ALK的1145 kW/m2分别降低至722 kW/m2和652 kW/m2，总热释放(THR)由ALK的82MJ/m2分别降低至45 MJ/m2和34 MJ/m2，残炭率由ALK的0.2％分别增加至12.9％和16.8％。TGA分析表明:含磷量达到2.5％时，MAALK和DHALK的热稳定性有明显提高，且残炭率从ALK的1.43％分别提高至3.75％和8.92％。涂膜施工和应用性能研究表明DHALK体系的耐冲击性随DHDOPO用量的增加而下降，漆膜干燥时间较长不符合醇酸树脂清漆的国标要求，MAALK体系的漆膜干燥时间明显长于国标要求，且在DOPO-MA的用量较高时耐水性达不到国标要求，其它性能均符合国标。
　　为改善漆膜的干燥性能，一方面，在MAALK体系和DHALK体系的原料基础上增加一定比例的亚麻油酸，合成两种新的含磷醇酸树脂体系:MADY体系和DHDY体系。锥形量热仪测试结果表明，随阻燃剂含量的增加MADY体系和DHDY体系的PHRR、THR均不断下降，残炭率逐渐升高，但是相对于MAALK体系和DHALK体系，阻燃效果有所下降。MADY体系和DHDY体系的漆膜干燥时间和耐水性均达到国标要求，柔韧性和耐冲击性略低于未阻燃的含亚麻油酸的醇酸树脂(DY)。另一方面，以MAALK体系与氨基树脂为原料制备氨基醇酸树脂（FRA体系）烘漆，改善了漆膜的干燥性能，但耐冲击性低于氨基醇酸树脂涂料的国标要求，阻燃效果低于本研究的阻燃醇酸树脂。

目录

摘要

前言

第一章 文献综述

1．1 醇酸树脂的概述

1．1．1 醇酸树脂的简介

1．1．2 醇酸树脂的分类

1．1．3 醇酸树脂的合成

1．1．4 醇酸树脂的改性研究

1．1．5 醇酸树脂的火灾危险性

1．2 阻燃机理

1．2．1 一般阻燃剂的阻燃机理

1．2．2 磷系阻燃剂的阻燃机理

1．3 DOPO衍生物阻燃剂的研究进展

1．3．1 DOPO衍生物的合成

1．3．2 DOPO衍生物阻燃剂的应用

1．4 阻燃醇酸树脂的研究进展

1．4．1 添加型阻燃剂

1．4．2 反应型阻燃剂

1．5 课题研究意义和研究内容

1．5．1 课题研究意义

1．5．2 课题研究内容

第二章 DOPO衍生物及阻燃醇酸树脂的合成与表征

2．1 引言

2．2 实验原料与仪器

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验仪器

2．3 DOPO衍生物阻燃醇酸树脂的合成

2．3．1 DOPO-MA的合成

2．3．2 DOPO-MA阻燃醇酸树脂的制备

2．3．3 DHDOPO的制备

2．3．4 DHDOPO阻燃醇酸树脂的制备

2．4 结构测试与性能表征

2．4．1 酸值测试

2．4．2 固含量测试

2．4．3 傅里叶变换红外光谱(FTIR)

2．4．4 核磁共振(1H-NMR)

2．4．5 热重测试分析(TGA)

2．4．6 锥形量热测试

2．4．7 燃烧热测试

2．4．8 醇酸树脂应用性能测试

2．5 结果与讨论

2．5．1 DOPO-MA的结构及热稳定性

2．5．2 MAALK体系的结构及性能

2．5．3 DHDOPO的结构及热稳定性

2．5．4 DHALK体系的结构及性能

2．5．5 ALK、MAALK和DHALK的热解动力学分析

2．6 本章小结

第三章 亚麻油酸及氨基树脂对阻燃醇酸树脂的改性

3．1 引言

3．2 实验原料与仪器

3．2．1 实验原料

3．2．2 实验仪器

3．3 树脂的合成与样品制备

3．3．1 亚麻油酸改性阻燃醇酸树脂的合成

3．3．2 氨基醇酸树脂的制备

3．4 结构测试与性能表征

3．4．1 酸值、固含量测试

3．4．2 傅里叶变换红外光谱(FTIR)

3．4．3 核磁共振(1H-NMR)

3．4．4 锥形量热测试

3．4．5 漆膜性能测试

3．5 结果与讨论

3．5．1 MADY体系的结构及性能

3．5．2 DHDY体系的结构及性能

3．5．3 FRA体系的结构及性能

3．6 本章小结

第四章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表学术论文

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