无卤阻燃聚酰胺6及玻纤增强聚酰胺6的研究

摘要

三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)是一种重要的氮系阻燃剂，对非增强聚酰6(简写PA6)具有很高阻燃效率。但传统MCA在PA6加工温度下是不熔化的刚性粒子，在树脂基体中分散效果欠佳，使其阻燃性能受到负面影响。目前商品化MCA阻燃PA6燃烧过程中自熄时间较长，且燃烧熔滴易引燃脱脂棉而不能达到UL-94V0阻燃级别。针对传统MCA的上述缺点，本文建立了一种无机酸/聚酰胺树脂溶液为反应介质合成三聚氰胺氰尿酸的新技术：即将聚酰胺树脂溶解于无机酸溶液形成均相溶液，以其为介质实现三聚氰胺一氰尿酸分子自组装，体系中的无机酸既是反应催化剂又是聚酰胺树脂溶剂，随反应进行，过量的三聚氰胺与无机酸反应生成三聚氰胺无机酸盐，使体系酸度下降，聚酰胺树脂逐渐沉淀析出在MCA表面成膜，实现了在阻燃剂合成过程中与聚酰胺树脂的就地复合，反应结束后用氨水中和无机酸原位生成无机酸的铵盐作为阻燃协效剂以增强凝聚相阻燃效果。无机酸/PA6树脂溶液为反应介质制备MCA是集MCA合成及其表面改性于一体的阻燃剂制备新技术，与常规方法合成的MCA相比，由于改性MCA的包覆层与目标阻燃树脂相同，因此在熔融复合过程中阻燃剂粒子外层能塑化、流动性好、可变形、在树脂基体中能形成理想的相界面，与树脂相容性好，因此具有更优异的阻燃性能。本文采用SEM、DSC、TG、FT-IR、XRD等分析方法对改性MCA结构进行了表征，并对阻燃机理进行了分析。研究表明所制备的改性MCA在PA6中分散良好，阻燃剂粒子与PA6树脂基体之间相界面基本消失，两者呈完全相容状态;改性MCA对PA6的阻燃性能优异，7％阻燃剂添加量即能使PA6材料氧指数达34，实现UL94 1.6mm-V0阻燃级别，材料力学性能优良，具有较好的市场应用前景。 目前增强填充PA6的用量尤其是玻纤增强PA6的用量远高于非增强PA6，因此玻纤增强体系的无卤阻燃更为重要。然而玻纤的加入使材料的阻燃性能大幅度下降，近年来国内外众多科研机构和公司都投入了大量人力物力进行相关研究，期望实现玻纤增强PA6的无卤阻燃，然而目前还未解决该难题。由于MCA的阻燃机制为催化PA6降解滴落和分解吸热，因此MCA并不适用于玻纤增强PA6体系，在很大的添加量下也只能使材料通过UL94-V2级别。因此必须根据玻纤增强PA6的特点寻找新的阻燃体系。 三聚氰胺多聚磷酸盐(MPP)是一种重要的氮磷协效阻燃剂，燃烧过程中三聚氰胺可分解吸热，稀释可燃气体和氧气，同时释放出磷酸强烈催化PA6成碳，隔氧隔热使材料自熄。根据以上机理三聚氰胺多聚磷酸盐适用于玻纤增强聚酰胺6体系。本文采用一步法合成MPP，通过三聚氰胺和多聚磷酸在有机溶剂中的反应合成MPP，该方法与传统方法比较具有工艺简单、耗能低的优点，通过考察各种因素对反应的影响，优化了实验条件，制备出阻燃效果优良的MPP。并用XRD、红外、TGA表征了产物结构。同时选用固体酸作为MPP的阻燃协效剂，大副度提高了MPP的阻燃效率，材料通过UL94-VO级别，氧指数提高到了33。材料力学性能优异，拉伸强度在110MPa以上，简支梁缺口冲击强度可达6.0kJ／m<'2>。

目录

摘要

第一章前言

第二章实验部分

第三章聚酰胺树脂表面改性MCA及其阻燃PA6的研究

第四章MPP的合成及阻燃玻纤增强PA6的研究

第五章结论

参考文献

功读硕士期间发表论文、申请专利、获奖情况及参加的科研项目

致谢