环三磷腈衍生物的合成及其阻燃应用

摘要

使用传统卤系阻燃材料燃烧时会产生大量烟雾及有毒气体，易造成对环境及人体的危害。为满足当前环保要求，减少对环境及人体危害，实现阻燃剂无卤化、环保化，是阻燃剂发展的必然趋势。磷腈阻燃材料具备优异的热稳定性，燃烧时不产生有毒气体，符合创建环保型社会的要求。
　　 本文首先以六氯环三磷腈、对羟基苯甲醛为原料，合成六(4-醛基苯氧基)环三磷腈(HAPCP)，通过熔点(m.p.)、元素分析(EA)、红外(FTIR)、核磁(1HNMR和31pNMR)分析手段确定其化学结构。采用热失重分析研究其热稳定性，实验结果表明HAPCP具有良好的热稳定性。
　　 然后将HAPCP作为阻燃剂，通过熔融共混的方式添加到PET中，制备HAPCP/PET复合材料。通过热重分析探讨复合材料的热稳定性，其结果表明HAPCP有效促进PET成炭，提高了复合材料的热稳定性能;LOI和UL-94测试表征复合材料的燃烧性能，LOI值最高可达34.1％;SEM表征复合材料残渣的表观和内部结构，结果显示复合材料残渣表面致密、内部多孔，是理想的隔热结构。采用热重分析法，研究PET及HAPCP/PET复合材料在氮气及空气气氛中热分解性能，分析四种升温速率对其热分解性能影响。利用Flynn-Wall-Ozawa模型分别计算PET、5％、10％和15％HAPCP/PET复合材料的热分解活化能，实验结果表明:同一升温速率下，材料的热分解活化能随反应度变化而变化;氮气气氛下，HAPCP/PET复合材料热分解活化能与纯PET热分解活化能较为接近，在空气气氛下比纯PET低。
　　 本文还将HAPCP作为阻燃剂，添加到PU中，制备HAPCP/PU复合材料。通过热重分析探讨复合材料的热稳定性，其结果表明HAPCP有效促进PU成炭，提高了复合材料的热稳定性能;LOI和UL-94测试表征复合材料的燃烧性能，LOI值最高可达27.3％;SEM表征复合材料残渣表观和内部结构。采用热重分析法，研究PU及HAPCP/PU复合材料在氮气及空气气氛中热分解性能，分析四种升温速率对其热分解性能影响。利用Flynn-Wall-Ozawa模型分别计算PU、5％、10％和15％HAPCP/PU复合材料的热分解活化能，实验结果表明:同一升温速率下，材料的热分解活化能反应度变化而变化;氮气气氛下，HAPCP/PU复合材料热分解活化能高于纯PU;空气气氛下，5％HAPCP/PU复合材料热分解活化能总体上高于纯PU，而10％和15％HAPCP/PU复合材料热分解活化能低于纯PU。
　　 通过本课题的系统研究可以发现HAPCP的添加可以有效促进PET和PU成炭，提高其热稳定性能和阻燃性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 阻燃剂的分类

1．2．1 卤系阻燃剂

1．2．2 氮系阻燃剂

1．2．3 磷系阻燃剂

1．2．4 铝镁系阻燃剂

1．3 聚磷腈类化合物

1．3．1 聚磷腈结构特性

1．3．2 聚磷腈物理特性

1．3．3 聚磷腈类化合物的制备和应用进展

1．4 本课题研究的研究内容及意义

第二章 六(4-醛基苯氧基)环三磷腈的合成

2．1 实验试剂及仪器

2．2 合成路线

2．3 实验步骤

2．3．1 六氯环三磷腈的提纯

2．3．2 六(4-醛基苯氧基)环三磷腈的合成

2．4 结构表征与分析

2．4．1 熔点测定(m．P．)

2．4．2 元素分析(EA)

2．4．3 红外光谱分析(FTIR)

2．4．4 31P-NMR分析

2．4．5 1H NMR分析

2．5 热性能分析

2．6 本章小结

第三章 六(4-醛基苯氧基)环三磷腈在PET中的应用

3．1 前言

3．2 实验原料及仪器

3．3 阻燃复合材料HAPCP／PET的制备

3．4 阻燃复合材料HAPCP／PET性能测试与表征手段

3．4．1 热重分析

3．4．2 燃烧测试

3．4．3 残渣形貌观察

3．4．4 残渣结构分析

3．4．5 热动力学参数求解

3．5 结果讨论

3．5．1 热重分析

3．5．2 燃烧性能

3．5．3 残渣形貌

3．5．4 残渣结构

3．5．5 热动力学参数求解

3．6 本章小结

第四章 六(4-醛基苯氧基)环三磷腈在聚氨酯中的应用

4．1 前言

4．2 实验原料及仪器

4．3 阻燃复合材料HAPCP／PU的制备

4．3．1 聚氨酯涂膜液的制备

4．3．2 聚氨酯固含量的选择

4．3．3 HAPCP／PU复合材料的制备

4．4 阻燃复合材料HAPCP／PU性能测试与表征

4．4．1 热重分析

4．4．2 燃烧测试

4．4．3 残渣形貌观察

4．4．4 残渣结构分析

4．4．5 热动力学参数求解

4．5 结果讨论

4．5．1 热重分析

4．5．2 燃烧测试

4．5．3 残渣形貌

4．5．4 残渣结构

4．5．5 热动力学参数求解

4．6 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间研究成果

致谢