磷腈為核膨脹型阻燃劑的合成及阻燃聚丙烯的研究.pdf

1、聚丙烯(PP)是全球產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的樹脂之一。但是由于其碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)其本身極易燃(極限氧指數(shù)僅約17.0),極大地限制了其應(yīng)用,因此,對(duì)PP的阻燃研究就顯得尤為重要。隨著目前阻燃領(lǐng)域綠色環(huán)保的呼聲日益高漲且阻燃法規(guī)日益苛刻,開發(fā)無鹵阻燃聚丙烯的任務(wù)迫在眉睫。膨脹型阻燃劑(IFR)是一種以磷氮碳為主要成分的“環(huán)境友好”的阻燃劑,用該阻燃劑阻燃PP時(shí)表面能生成膨脹炭層,該膨脹炭層隔熱、隔氧、抑煙,并能防止產(chǎn)生熔滴,從而使PP具有較好的阻燃性

2、能,越來越受到人們的青睞。本論文從當(dāng)前研究比較活躍的膨脹型阻燃體系的阻燃化設(shè)計(jì)原理入手,對(duì)含磷腈環(huán)磷酸酯阻燃劑的合成、應(yīng)用及阻燃機(jī)理等方面進(jìn)行了較為系統(tǒng)而深入的研究和探討,取得了一些創(chuàng)新性成果。
　　本論文歸納起來主要分以下兩個(gè)部分:
　　第一部分:從分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā),以季戊四醇和三氯氧磷為原料,合成了阻燃中間體1-氧代-4-羥甲基-2,6,7-三氧雜-1-磷雜雙環(huán)[2.2.2]辛烷(PEPA)。進(jìn)而采用親核取代的方法,以P

3、EPA和六氯環(huán)三磷腈為原料,合成了一種全新(三源一體)以六氯環(huán)三磷腈為核的膨脹型阻燃劑六(1-氧代-1-磷雜-2,6,7-三氧雜雙環(huán)[2.2.2]辛烷-4-亞甲基)環(huán)三磷腈(PEPAP)。采用傅立葉紅外(FT-IR)、核磁(NMR)等手段表征了其分子結(jié)構(gòu)。熱重分析表明PEPAP無論在空氣還是氮?dú)庵卸季哂辛己玫臒岱€(wěn)定性及膨脹成炭能力。
　　第二部分:將膨脹型阻燃劑應(yīng)用于PP中,制備了PEPAP/PP復(fù)合阻燃材料體系。極限氧指數(shù)(LO

4、I)、垂直燃燒測(cè)試(UL94)研究結(jié)果表明膨脹阻燃PP的阻燃性能比純PP顯著增加,而且隨添加量增加,材料表現(xiàn)出更高的耐火性。當(dāng)添加量為25％時(shí),阻燃PP的LOI值是29.5,達(dá)到UL-94 V-2級(jí)。熱重分析表明,不論是在空氣中還是在氮?dú)庵?膨脹阻燃PP體系的初始熱分解溫度都不同程度提前了,但最終的殘?zhí)苛慷即笥诩働P,這在一定程度上有利于提高阻燃性能。通過對(duì)膨脹阻燃PP體系熱降解殘余量的計(jì)算,發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)值高于理論計(jì)算值,表明膨脹型阻燃劑與

5、PP不是簡單的復(fù)合,阻燃劑促進(jìn)了PP基體的成炭。同時(shí),利用熱重-紅外-質(zhì)譜聯(lián)用(TG-IR-MS)研究膨脹阻燃PP的熱氧化分解行為,結(jié)果表明阻燃劑的加入能夠提高材料的熱穩(wěn)定性。采用掃描電鏡SEM、FT-IR等分析測(cè)試方法,對(duì)膨脹型阻燃PP燃燒后殘余炭層形貌、組成進(jìn)行表征,初步探討了阻燃PP的阻燃機(jī)理。結(jié)果表明阻燃PP在燃燒時(shí)可以形成膨脹炭層,但致密的炭層是決定阻燃性能好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)。殘?zhí)糠治霰砻?殘?zhí)恐杏辛姿犷愇镔|(zhì)能使成炭劑迅速脫水成炭