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、應用最廣的樹脂之一。但是由于其碳氫結構其本身極易燃(極限氧指數(shù)僅約17.0),極大地限制了其應用,因此,對PP的阻燃研究就顯得尤為重要。隨著目前阻燃領域綠色環(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。本論文從當前研究比較活躍的膨脹型阻燃體系的阻燃化設計原理入手,對含磷腈環(huán)磷酸酯阻燃劑的合成、應用及阻燃機理等方面進行了較為系統(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部分:
　　第一部分:從分子結構設計出發(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構。熱重分析表明PEPAP無論在空氣還是氮氣中都具有良好的熱穩(wěn)定性及膨脹成炭能力。
　　第二部分:將膨脹型阻燃劑應用于PP中,制備了PEPAP/PP復合阻燃材料體系。極限氧指數(shù)(LO

4、I)、垂直燃燒測試(UL94)研究結果表明膨脹阻燃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。當添加量為25％時,阻燃PP的LOI值是29.5,達到UL-94 V-2級。熱重分析表明,不論是在空氣中還是在氮氣中,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。通過對膨脹阻燃PP體系熱降解殘余量的計算,發(fā)現(xiàn)實驗值高于理論計算值,表明膨脹型阻燃劑與

5、PP不是簡單的復合,阻燃劑促進了PP基體的成炭。同時,利用熱重-紅外-質譜聯(lián)用(TG-IR-MS)研究膨脹阻燃PP的熱氧化分解行為,結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等分析測試方法,對膨脹型阻燃PP燃燒后殘余炭層形貌、組成進行表征,初步探討了阻燃PP的阻燃機理。結果表明阻燃PP在燃燒時可以形成膨脹炭層,但致密的炭層是決定阻燃性能好壞的重要標準。殘?zhí)糠治霰砻?殘?zhí)恐杏辛姿犷愇镔|能使成炭劑迅速脫水成炭