聚双酚酸苯基磷酸酯的合成及其膨胀阻燃ABS中的应用

摘要

ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）树脂是产量最大的树脂之一，广泛应用于电器、电子、汽车、建筑等领域。然而，ABS树脂的氧指数仅为19左右，容易燃烧，并产生大量的浓烟和有毒气体，对人们的生命安全和环境带来很大的危害，因此ABS的阻燃研究十分重要。膨胀型阻燃剂(IFR)因环境友好且阻燃效率高而在阻燃领域获得广泛应用。但目前IFR的合成大多以三氯氧磷、三氧化磷等有毒化合物为原料，并要求绝对干燥的反应条件。这种工艺不仅原料不易保存，而且反应条件苛刻。另外，生产膨胀型阻燃剂的原料几乎全部来源于化石资源，而化石资源是不可再生资源。若将其部分原料用来源于生物质资源的化学品来代替，将为膨胀型阻燃剂的可持续发展提供一条新途径。本文对聚双酚酸苯基磷酸酯的合成及其膨胀阻燃ABS中的应用进行了研究。主要内容包括：
　　 ⑴采用源于生物质资源的双酚酸作为原料，四丁基氯化铵为相转移催化剂，通过界面缩聚法，合成了聚双酚酸苯基磷酸酯(Poly(DPA-PDCP))，考察了反应时间、催化剂用量和氢氧化钠用量对聚合产率的影响，优化出较佳的反应条件。利用红外光谱(FTIR)、核磁共振(NMR)等方法表征了其分子结构。热重分析(TGA)结果表明无论在空气还是氮气气氛下，Poly(DPA-PDCP)都具有良好的热稳定性和优异的成炭能力，能满足普通工程塑料的加工需要。
　　 ⑵通过熔融共混法制备ABS/多聚磷酸铵(APP)/Poly(DPA-PDCP)阻燃体系，分析了Poly(DPA-PDCP)和APP对ABS树脂热稳定性能和阻燃性能的影响和协同作用。结果表明：Poly(DPA-PDCP)/APP复配阻燃ABS，能提高材料的热稳定性，降低材料的热分解速率，且显著提高残炭量。同时降低材料的总热释放量、热释放速率和质量损失速率，提高材料的极限氧指数。Poly(DPA-PDCP)与APP以质量比为1:4复配阻燃ABS，具有较好的协同阻燃效应，阻燃效果最佳。Poly(DPA-PDCP)与APP复配阻燃ABS的机理为固相阻燃机理，APP作为酸源和气源，Poly(DPA-PDCP)主要作为炭源，当材料燃烧时，在材料表面形成一层稳定致密的炭层，阻隔热质传递，保护基体材料。
　　 ⑶通过熔融共混法制备Poly(DPA-PDCP)/APP/膨胀石墨(EG)协同阻燃ABS树脂体系，考察了Poly(DPA-PDCP)/APP与EG不同比例复配对ABS树脂热性能和阻燃性能的影响。结果表明：Poly(DPA-PDCP)/APP与EG复配阻燃ABS,提高材料的热稳定性，降低材料的分解速率，且显著提高残炭量。Poly(DPA-PDCP)/APP(1/4)与EG以质量比为1:1复配阻燃ABS，阻燃效果最佳，极限氧指数高达32.6％，UL-94测试达到V-0级。Poly(DPA-PDCP)/APP/EG体系的阻燃机理为固相阻燃。通过扫描电镜观察阻燃ABS极限氧指数测试后的残炭形貌，发现在材料燃烧时EG膨胀后的石墨片层构成炭层的骨架，Poly(DPA-PDCP)/APP通过化学反应产生的残炭粘附在EG的炭层骨架上，两者结合，形成了致密、高强度的炭层，更有效地阻隔热质传递，保护基体材料。Poly(DPA-PDCP)/APP与EG协同阻燃ABS，提高阻燃性能的同时，使得复合材料的储能模量大幅度提高，同时提高ABS的玻璃化转变温度。

目录

文摘

英文文摘

致谢

缩写及符号

第1章 绪论

1.1 阻燃剂的发展和分类

1.1.1 阻燃剂的发展

1.1.2 阻燃剂的分类

1.2 化学膨胀型阻燃体系

1.2.1 化学膨胀型阻燃剂的组成

1.2.2 化学膨胀型阻燃剂的分类

1.2.3 化学膨胀型阻燃剂的阻燃原理

1.2.4 化学膨胀型阻燃剂的不足和发展趋势

1.3 可膨胀石墨阻燃体系

1.3.1 可膨胀石墨的特性和制备

1.3.2 可膨胀石墨的膨胀过程和阻燃原理

1.3.3 可膨胀石墨在阻燃中的应用

1.4 ABS树脂的阻燃

1.4.1 ABS的燃烧及阻燃机理

1.4.2 ABS树脂的隘燃现状

1.5 双酚酸的制备与应用

1.5.1 双酚酸的制备

1.5.2 双酚酸的应用

1.6 课题的提出及主要研究内容

1.7 参考文献

第2章 聚双酚酸苯基磷酸酯的合成及表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 原料

2.2.2 Poly(DPA-PDCP)的合成

2.2.3 分析表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 DPA/PDCP界面缩聚视理

2.3.2 反应时间对聚合反应产率的影响

2.3.3 催化剂用量对聚合反应产率的影响

2.3.4 氢氧化钠用量对聚合反应产率的影响

2.3.5 Poly(DPA-PDCP)的结构分析

2.3.6 Poly(DPA-PDCP)的溶解性

2.3.7 Poly(DPA-PDCP)的熟降解行为

2.4 本章小结

2.5 参考文献

第3章 POLY(DPA-PDCP)/APP阻燃ABS树脂的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 原料

3.2.2 阻燃ABS样品的制备

3.2.3 分析表征

3.3 结果与讨论

3.3.1 Poly(DPA-PDCP)与APP在ABS树脂中的分散

3.3.2 熟降解行为

3.3.3 阻燃性能

3.3.4 残炭形貌

3.3.5 力学性能

3.4 本章小结

2.5 参考文献

第4章 POLY(DPA-PDCP)/APP/EG阻燃ABS树脂的研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 原料

4.2.2 阻燃ABS样品的制备

4.2.3 分析表征

4.3 结果与讨论

4.3.1 EG在ABS树脂中的分散

4.3.2 热降解行为

4.3.3 阻燃性能

4.3.4 残炭形貌

4.3.5 力学性能

4.4 本章小结

4.5 参考文献

第5章 全文结论

攻读硕士期间撰写的论文

作者简介