凹凸棒土改性含磷聚丙烯酸酯乳液及其阻燃性能研究

摘要

聚丙烯酸酯乳液具有优异的成膜性、耐候性、环境友好性等特点，从而广泛应用于工业、农业、日常生活等领域。然而，聚丙烯酸酯乳液成膜后遇火易燃烧，产生浓烟及大量有害物质，威胁人类的生命财产安全。凹凸棒土（ATP）具有比表面积大、热稳定性高、环保性优异、成本低廉等特点，具有良好的阻燃前景。有机磷系阻燃剂燃烧时无毒无烟、阻燃效率高、生物相容性好，被广泛应用于聚合物的阻燃领域。基于此，本研究通过对ATP进行改性，同时，以2-羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯为基础，设计合成不同含磷量的新型反应型磷酸酯阻燃剂——2-羟乙基甲基丙烯酸酯单（二苯基磷）磷酸酯和2-羟乙基甲基丙烯酸酯双（二苯基磷）磷酸酯，制备ATP/聚丙烯酸酯复合乳液、含磷聚丙烯酸酯乳液和ATP/含磷聚丙烯酸酯复合乳液。并将其应用于皮革涂饰，考察涂饰后革样的阻燃性能及其它性能。结果表明： 通过对凹凸棒土进行球磨、酸化、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570）改性等处理，成功减小了凹凸棒土的粒径并在其表面引入了双键。当以水为球磨溶剂，球料比为5:1，在400r/min的转速下球磨5h时，ATP的粒径约为250nm，且分布均一。当盐酸浓度为2mol/L，在60℃下酸化6h时，ATP表面暴露的-OH含量最多，约为4.806mmol/g。当加入7%KH570，并在75℃下反应4h时，ATP表面接枝的双键最多，约为13.46mg/g。 当二苯基氯化膦、2-羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯、三乙胺和丙酮的质量比分别为1:1.2:1.5:3和1:0.6:3:6时，成功制备了2-羟乙基甲基丙烯酸酯单（二苯基磷）磷酸酯和2-羟乙基甲基丙烯酸酯双（二苯基磷）磷酸酯两种磷酸酯类单体。 通过巯基-烯点击化学反应将ATP引入聚丙烯酸酯乳液中，当ATP用量为4%时，复合乳液所成薄膜的透水汽性能、耐水性能及力学性能均有所提升，且复合乳液涂饰后革样的阻燃性能最好。其中，燃烧速率和最大烟密度分别降低了47.56%和65.93%，极限氧指数（LOI）提升了19.67%。 含磷聚丙烯酸酯乳液的阻燃性能与P元素的含量紧密相关，P的百分含量越高，阻燃性能越好。三种含磷聚丙烯酸酯乳液中，含三磷酸酯聚丙烯酸酯乳液的阻燃性能最优，革样的燃烧速率和最大烟密度分别降低了85.37%和80.70%，LOI值提升了57.92%。含双磷酸酯聚丙烯酸酯乳液的阻燃性能次之，含单磷酸酯聚丙烯酸酯乳液的阻燃性能最差。 将ATP引入含磷聚丙烯酸酯乳液中，可进一步提升含磷聚丙烯酸酯复合薄膜的透水汽性能、耐水性能及力学性能。由于ATP与磷酸酯单体之间具有协同作用，将其应用于皮革涂饰，可同步提升聚丙烯酸酯的阻燃性能。三种ATP/含磷聚丙烯酸酯复合乳液中，ATP/含三磷酸酯聚丙烯酸酯复合乳液综合性能最优，ATP/含单磷酸酯聚丙烯酸酯复合乳液综合性能最差。

目录

1 文献综述

1.1 引言

1.2 聚丙烯酸酯乳液的研究进展

1.3 有机磷系阻燃剂的研究进展

1.4 凹凸棒土的研究进展

1.5课题的提出

2 实验部分

2.1 主要实验原料和仪器设备

2.2 凹凸棒土的改性及表征

2.3 磷酸酯类单体的制备及表征

2.4 凹凸棒土/聚丙烯酸酯复合乳液的制备

2.5 含磷聚丙烯酸酯乳液的制备

2.6 凹凸棒土/含磷聚丙烯酸酯复合乳液的制备

2.7 三类乳液及其薄膜的性能测试与表征

2.8 三类乳液在皮革涂饰中的应用

3 结果与讨论

3.1 凹凸棒土的改性研究

3.2 磷酸酯类单体的合成研究

3.3 凹凸棒土/聚丙烯酸酯复合乳液的研究

3.4 含磷聚丙烯酸酯乳液的研究

3.5 凹凸棒土/含磷聚丙烯酸酯复合乳液的研究

3.6 凹凸棒土/聚丙烯酸酯复合乳液及凹凸棒土/含磷聚丙烯酸酯复合乳液涂饰后革样的性能比较

4 结论

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开的学术成果

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