有机阻燃剂的合成及其在聚酰胺工程塑料中的应用研究

摘要

PA6拥有优异的综合性能，是用量最大的工程塑料之一，然而PA6的易燃性也带来了潜在的火灾危险；目前PA6中用量最大、阻燃效果最好的含卤阻燃剂由于会导致有毒烟雾释放量激增，正逐步被淘汰。因此，研究新型高效无卤阻燃PA6对社会的可持续发展意义重大。本文使用DOPO等原料设计合成3种不同系列的阻燃剂，对其结构、基本物理性能、热性能、电学性能进行了分析测试，希望制备一种添加量少，阻燃性能好的阻燃剂用于聚酰胺工程塑料中，使其不降低聚酰胺的力学性能或降低的少。分别是TG-DO型阻燃剂，BABT型阻燃剂与TBDT型阻燃剂。
　　将所合成的不同系列、不同配比的阻燃剂用于聚酰胺的阻燃。为了避免原料以及时间的浪费，本课题将先使用密炼机模拟工业化熔化、切粒、注塑效果。按照密炼配方进行密炼，使PA6与阻燃剂充分混合均匀，再对密炼产物初步进行阻燃性以及韧性的评估，选择一些优秀的配方做切粒注塑试验，进一步测定阻燃性能、力学性能、热学性能、电学性能、表面能的具体数值，再分析整理数据得出下一步研究方案。在第三章中设计了25种密炼配方，对其进行密炼，和对阻燃性能及韧性进行估计与讨论，最终选择BT-5\BT-6\TD-2\T-3\T-5\T-6共6个密炼配方做进一步混料切粒注塑试验，测试了密度、吸水率、表面能、阻燃性能、力学性能、热学性能、电学性能并分析，但是经不同阻燃剂改性的PA6的阻燃性能的等级均为UL94 V-2等级。这是由于添加的阻燃剂含量比较少，质量分数为5％，而未能达到比较好的阻燃效果。阻燃PA6的拉伸强度及断裂伸长率普遍呈现降低趋势，若提高阻燃剂的含量对PA6进行改性，必然造成其力学性能的崩溃，而无法作为工程塑料使用。该课题也再次证明了PA6具有很强的吸水性，在加入阻燃剂后使吸水率有小规模降低，根据电学性能数据与作图，阻燃改性PA6的介电损耗并不是十分出色，这限制了PA6在电气领域中的应用。根据其综合性能的分析判断，选择了BABT-13与TBDT-312进行后续研究尝试。
　　本课题中，由于需要保证PA6的力学性能，故阻燃剂添加量较小而导致达不到比较好的阻燃效果，决定在添加阻燃剂的同时，先对聚酰胺进行改性，使用环氧树脂在己内酰胺聚合时对聚酰胺进行改性，根据溶液萃取、凝胶化时间、红外光谱、吸水率、热学性能、电学性能的测试，在第四章中探索了使用不同配比的DGEBA与ε-己内酰胺进行聚合反应的程度来选择最优配比合成高性能改性聚酰胺。产物的形态从液态到橡胶态到硬脆性固体（取决于反应配比）。随着DGEBA含量增加，共聚物的拉伸强度增大。当DGEBA：ε-己内酰胺比率为80:20时是DGEBA／聚己内酰胺活性共聚物最优配比。此时反应程度达到最大，是作为环氧胶粘剂的最佳配比，但本次课题讨论的是对聚酰胺的改性，并提高其热性能与机械性能，故选择C配方继续进行后续阻燃改性研究。
　　在对改性聚酰胺进行阻燃改性时，尝试使用了EG，SFR6600，二氧化硅，MCA，聚酰胺弹性体与实验室自制的阻燃剂，设计了20种密炼配方，进行密炼，及对阻燃性能及韧性进行估计与讨论，最终选择X-5/Y-5/JG-2共3个密炼配方做进一步混料切粒注塑试验，测试了密度、吸水率、表面能、阻燃性能、力学性能、热学性能、电学性能并分析，经不同阻燃剂改性的PA6的阻燃性能的等级均为UL94 V-1等级。阻燃性能仍不是十分理想，还有继续探索的空间。改性聚酰胺具有良好的机械性能，即使增加了阻燃剂的量，但并没有造成力学性能的大幅度变差。

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第一章 绪论

1.1 高分子阻燃技术

1.2 聚酰胺工程塑料

1.3 阻燃聚酰胺工程塑料

1.4 本课题的研究意义及内容

第二章 有机阻燃剂的合成

2.1 引言

2.2 实验原料与仪器设备

2.3 TG-DO型阻燃剂的合成与表征

2.4 BABT型阻燃剂的合成与表征

2.5 TBDT型阻燃剂的合成与表征

2.6 本章小结

第三章 有机阻燃剂在聚酰胺工程塑料中的应用研究

3.1 引言

3.2 实验原料及仪器设备

3.3 有机阻燃剂与PA6的混合密炼

3.4 有机阻燃剂对PA6的应用研究

3.5 阻燃改性PA6的性能测试与表征

3.6 结果与讨论

3.7 本章小结

第四章 聚酰胺的共混改性聚合

4.1 引言

4.2 实验原料及仪器设备

4.3 改性聚酰胺的合成

4.4 改性聚酰胺的性能测试与表征

4.5 结果与讨论

4.6 本章小结

第五章 有机阻燃剂对改性聚酰胺的应用研究

5.1 引言

5.2 实验原料及仪器设备

5.3 有机阻燃剂与改性PA6的混合密炼

5.4 有机阻燃剂对改性PA6的应用研究

5.5 阻燃改性PA6的性能测试与表征

5.6 结果与讨论

5.7 本章小结

第六章 总结

参考文献

在读期间发表论文及申请专利

致谢