聚膦酸酯阻燃剂的合成及其在PET中的应用研究

摘要

本论文以2-（二苯基膦酰）-1，4-苯二酚(DPO-HQ)、二氯磷酸苯酯(MPCP)和苯基硫代膦酰二氯(TPPD)为原料，采用熔融缩聚的方法制备了两种聚膦酸酯阻燃剂，聚苯氧基膦酸(2-(二苯基膦酰)-1，4-苯二酚）酯(PPFR)和含有硫元素的聚硫代苯基膦酸（2-（二苯基膦酰）-1，4-苯二酚）酯(PPSFR)，并优化了反应条件，采用FTIR、1H、31P NMR对目标物进行了结构分析，并用热重分析(TGA)对其进行了热稳定性分析。
　　通过熔融共混法分别将PPFR和PPSFR用于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)阻燃改性。通过垂直燃烧测试(UL94)、极限氧指数(LOI)、TGA、FTIR、裂解气相质谱(PY/GC-MS)、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电镜(SEM)等技术分析了阻燃PET的阻燃性能与机理。同时采用X射线衍射(XRD)、差式扫描量热仪(DSC)和偏光显微镜(POM)分析了阻燃PET的结晶性能。
　　研究表明，PPFR和PPSFR的引入可使PET在空气下的初始分解温度升高，延缓PET降解，提高PET的阻燃性。当PPFR和PPSFR添加量分别为5％和3％时，可使PET通过UL94 V-0级，LOI分别达32％和29％，但在相同添加量下，PET/PPSFR的LOI均高于PET/PPFR。这一结果与阻燃剂的结构特点及其在PET热降解过程中的作用机理有关。
　　通过对阻燃PET在不同温度下的凝聚相和气相裂解产物分析发现，阻燃体系中PPFR在受热分解时磷元素主要以含磷化合物的形式在凝聚相富集，促进基体脱水形成致密、稳定性高的炭层，其气相阻燃作用则很有限。而PPSFR则同时在气相和凝聚相中对PET起到阻燃作用。PPSFR结构中P=S键键能较低，在PET/PPSFR受热分解初期就能够发生断裂，形成大量的S自由基并逸出，它不仅可以与含磷自由基共同捕捉火焰区氢自由基和氢氧自由基，还可通过与氧气结合形成SO2不可燃气体，稀释可燃气体和助燃气体(O2)，而PPSFR中磷元素则主要还是以含磷化合物的形式存在于凝聚相中。以上分析说明硫元素对磷系阻燃剂的阻燃作用有增强的作用，且阻燃作用的发挥与阻燃剂的分子结构有关。
　　结晶性能分析显示，两种聚合型阻燃剂在PET结晶过程中均起到成核剂的作用，使PET结晶速率、结晶度增大。
　　本文还设计了合成聚苯基膦酸二苯砜酯(PSPPP)的新方法，对溶液缩聚法、相转移催化剂法、氧化法和酯交换法的可行性进行了初步探究。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 塑料的燃烧与阻燃机理

1．3 阻燃剂概述

1．4 有机磷系阻燃剂

1．5 选题的依据和意义

1．6 课题研究的内容

2 实验部分

2．1 原料与仪器

2．2 阻燃剂PPFR和PPSFR的合成

2．3 阻燃剂PSPPP的合成

2．4 阻燃PET复合材料的制备

2．5 测试与表征

3 结果与讨论

3．1 阻燃剂PPFR和PPSFR的合成及表征

3．2 阻燃剂PPFR在PET阻燃改性中的应用

3．3 阻燃剂PPSFR在PET阻燃改性中的应用

3．4 阻燃剂PSPPP的新合成方法探究

4 结论

4．1 主要结论和成果

4．2 存在的问题与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间主要研究成果