新型膨胀型阻燃剂的研制及其在聚合物中的应用研究

摘要

聚酰胺6(PA6)和聚丙烯(PP)都是应用广泛的聚合物品种之一,不仅在纺织、装饰,而且在汽车制造、办公设备、交通运输等领域均有重要用途。但是,PA6和PP的不耐燃性,严重地影响了其在带电和阻燃环境的应用,稳定的PA6和PP的阻燃性对于防止火灾无疑具有重要意义。
　　 本论文合成了两种新型磷-氮阻燃剂,将它们分别与三聚氰胺及三聚氰胺盐复配成膨胀型阻燃剂应用到聚合物PA6、PP中,研究了这两种阻燃聚合物的流变加工性能、成型制品的性能以及阻燃剂的阻燃作用机理,并探讨了阻燃剂的加入对聚合物热降解性能的影响。
　　 分别以三氯氧磷、哌嗪,苯酚和三氯化磷、三羟甲基丙烷、甲基膦酸二甲基为原料,设计并合成了两种新型磷-氮类阻燃剂化合物:N,N’-哌嗪四(苯酚)氨基磷酸酯(PTPP)和甲基二(2-氧基-5-乙基-2-甲基-1,3,2-二氧杂磷杂环已基-5-亚甲基)膦酸酯(MBCP)。采用红外光谱(FTIR)、1H NMR及元素分析(ELA)等表征了它们的化学组成和结构,对它们的溶解性、熔点和热稳定性的分析表明,阻燃剂PTPP和MBCP都具有优良的热稳定性,易于与大多数聚合物熔融混合。另外,还探讨了它们的合成工艺,确定了最佳的合成工艺条件。
　　 将阻燃剂PTPP、MBEP,及其与三聚氰胺盐(MC)、三聚氰胺(MA)配制成的膨胀型阻燃剂,分别添加到PA6、PP树脂中,制备出了不同配比的阻燃聚合物体系。通过极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL)和锥型量热仪测试了阻燃聚合物体系的阻燃性能,当PTPP和MC共同复配使用时,其阻燃的效果较为理想。阻燃PA6的力学性能没有明显的降低；将阻燃PP树脂纺制成纤维时,纤维保持了较好的力学机械性能,当复配体系添加量为17％左右时,阻燃效果和力学性能达到很好的平衡；将阻燃PA6制成纤维时,当复配体系的添加量的质量分数为16％时,纤维具有较好的力学机械性能和阻燃性能,具有实际应用的意义。
　　 采用毛细管流变仪对阻燃PA6共混体系的流变性能进行了研究。都属于假塑性流体,体系的表观粘度受剪切速率的影响增大,对温度的敏感性增加。因此在加工成型过程中要严格控制温度,并注意温度的波动所带来的影响后果。
　　 采用热失重(TGA)、扫描电镜(SEM)和动态FTIR等方法,研究了阻燃PA6、阻燃PP体系的阻燃机理,结果发现磷-氮阻燃剂在凝聚相和气相共同发挥阻燃作用。一方面阻燃体系形成外表致密、内部多孔膨胀炭层,这种炭层起到隔热、隔氧的阻燃作用,另一方面阻燃剂受热分解释放出大量的氨气、CO2、水蒸气等惰性气体,可稀释空气种的氧和PA6分解生成的可燃性气体,并降低此可燃气体的温度,致使燃烧中止。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 高分子材料阻燃的重要意义

1.2 阻燃概述

1.2.1 阻燃剂的分类

1.2.2 阻燃机理

1.3 阻燃剂的发展趋势

1.4 本论文研究意义和主要任务

1.4.1 研究意义

1.4.2 主要任务

参考文献

第二章 阻燃剂PTPP和MECP的合成、表征

2.1 引言

2.2 阻燃剂PTPP的合成、表征和性能分析

2.2.1 实验部分

2.2.2 结果与讨论

2.3 阻燃剂MBCP的合成、表征和性能分析

2.3.1 实验部分

2.3.2 结果与讨论

2.4 结论

参考文献

第三章 阻燃剂PTPP在聚酰胺中的应用

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验材料

3.2.2 阻燃PA6切片的制各

3.2.3 阻燃剂在PA6中的分布

3.2.4 阻燃性能

3.2.5 阻燃PA6的力学性能分析

3.2.6 阻燃剂的添加对PA6流动加工性能的影响

3.2.7 DSC测试

3.2.8 TGA 测试

3.2.9 炭层形态分析(SEM)

3.2.10炭层元素分析(FTIR法)

3.3 结果与讨论

3.3.1 阻燃剂在PA6中的分布

3.3.2 阻燃性能

3.3.3 阻燃PA6的力学性能

3.3.4 阻燃剂的添加对PA6流动加工性能的影响

3.3.5 阻燃机理研究

3.4 结论

参考文献

第四章 阻燃剂PTPP在聚丙烯纤维中的应用

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 实验材料

4.2.2 阻燃PP切片的制备

4.2.3 阻燃聚丙烯的熔融纺丝工艺

4.2.4 阻燃纤维性能的测试

4.2.5 阻燃性能测试

4.2.6 阻燃聚丙烯的热降解行为测试

4.2.7 SEM

4.2.8 FTIR法

4.3 结果与讨论

4.3.1 阻燃剂在PP中的分布

4.3.2 阻燃聚丙烯纤维力学性能

4.3.3 阻燃聚丙烯纤维的取向因子和模量

4.3.4 阻燃性能

4.3.5 阻燃机理研究

4.4 结论

参考文献

第五章 阻燃剂MBCP在聚酰胺纤维中的应用

5.1 引言

5.2 实验部分

5.2.1 实验材料

5.2.2 阻燃PA6切片的制备

5.2.3 阻燃剂在PA6中的分布

5.2.4 阻燃聚丙烯的熔融纺丝工艺

5.2.5 阻燃聚丙烯纤维力学性能的测试

5.2.6 阻燃性能

5.2.7 DSC测试

5.2.8 TGA测{式

5.2.9 SEM法

5.2.10 FTIR法

5.3 结果与讨论:

5.3.1 阻燃剂在:PA6中的分布

5.3.2 阻燃PA6的力学性能

5.3.3 阻燃性能

5.3.4 阻燃PA6纤维力学性能

5.3.5 机理研究

5.4 结论

参考文献

第六章 结论

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢