阻燃PTT共聚酯的制备与性能研究

论文摘要

聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）是一种新型聚酯产品,由于其原料1,3-丙二醇合成技术的提高,特别是生物合成路线的成功,为PTT的快速发展打下了良好的基础。PTT纤维具有优良的回弹性、耐污性和染色性等特性,使其在服装、地毯、家纺等领域的应用日趋广泛。PTT纤维与其它大多数纺织纤维一样属易燃纤维,易引起火灾或使火灾蔓延,因此,对其进行阻燃改性非常必要。本文采用共聚改性的方法,以对苯二甲酸（PTA）和1,3-丙二醇（PDO）为基本单体,选用磷系阻燃剂2-羧乙基苯基次膦酸（CEPPA）为共聚阻燃剂,制得阻燃聚对苯二甲酸丙二醇共聚酯（FR-PTT）。通过研究讨论阻燃剂的添加方式,分析阻燃剂和催化剂对合成工艺的影响,确定制备阻燃PTT共聚酯的最佳合成工艺。利用傅里叶红外光谱仪（FTIR）、核磁共振波谱仪（1H-NMR）、热重分析仪（TGA）、差示扫描量热仪（DSC）、氧指数仪（LOI）、垂直燃烧仪、扫描电镜（SEM）和毛细管流变仪对共聚酯的结构、热性能、阻燃性能、流变性能、热稳定性以及结晶性能进行研究。利用Kissinger法、Flynn-Wall-Ozawa法和Coast-Redfern法研究共聚酯的热降解动力学。利用修正的Avrami方程研究共聚酯的非等温结晶动力学。研究确定阻燃剂CEPPA在酯化后期加入,并通过制备CEPPA-PDO酯化液,以提高其热稳定性,更好地满足共聚酯合成工艺要求。对于阻燃PTT共聚酯的合成工艺,随着阻燃剂添加量的增加,需要适当增加催化剂的添加量以促进反应进行。磷系阻燃单元引入到大分子链中降低了共聚酯的玻璃化转变温度（Tg）和熔融温度（Tm）,提高了冷结晶温度（Tc）。随着阻燃剂添加量的增加,阻燃PTT共聚酯的阻燃性能得到改善,当磷含量达到0.6%时,其LOI值达到30.6%,阻燃级别达到FV-0级。阻燃PTT共聚酯熔体和PTT熔体均为假塑性流体,随着阻燃单体含量的增加,非牛顿指数逐渐增大,纺丝温度应向低温调整。阻燃单体的引入降低了阻燃PTT共聚酯初期分解温度,但提高了最大热降解速率下的降解温度。PTT和阻燃PTT共聚酯的热降解动力学研究结果表明,阻燃PTT共聚酯的热降解活化能较PTT的热降解活化能有所降低,两者的热降解过程均可分为四个阶段。PTT和阻燃PTT共聚酯的热降解反应函数为S9函数,热降解反应机理为相边界反应机理。从所得的热降解速率方程得出,随着磷含量的增加,热降解速率下降。阻燃单体的引入使阻燃PTT共聚酯的结晶温度和结晶焓降低,结晶能力下降。PTT和阻燃PTT共聚酯的非等温结晶动力学研究结果表明,PTT的Avrami指数（n）在34之间,阻燃PTT共聚酯的Avrami指数（n）在23之间。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）的研究
• 1.2.1 PTT 的发展历史
• 1.2.2 PTT 的合成
• 1.2.3 PTT 的结构及纤维性能
• 1.3 聚酯阻燃改性及发展现状
• 1.3.1 聚酯阻燃改性方法
• 1.3.2 阻燃剂
• 1.3.3 阻燃机理
• 1.4 阻燃聚酯的研究现状
• 1.5 本课题研究意义及内容
• 1.5.1 阻燃PTT 共聚酯的制备与性能研究
• 1.5.2 阻燃PTT 共聚酯的热降解动力学
• 1.5.3 阻燃PTT 共聚酯的非等温结晶性能
• 第二章 阻燃PTT 共聚酯的制备与性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 阻燃PTT 共聚酯的合成
• 2.2.3 结构表征及性能测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 阻燃PTT 共聚酯的合成工艺
• 2.3.2 阻燃PTT 共聚酯的结构
• 2.3.3 阻燃PTT 共聚酯的热性能
• 2.3.4 阻燃PTT 共聚酯的阻燃性能
• 2.3.5 阻燃PTT 共聚酯的流变性能
• 2.4 小结
• 第三章 阻燃PTT 共聚酯的热降解动力学
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.3 理论基础
• 3.3.1 Kissinger 法
• 3.3.2 Flynn-Wall-Ozawa 法
• 3.3.4 Coast-Redfern 法
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 阻燃PTT 共聚酯的热稳定性
• 3.4.2 阻燃PTT 共聚酯的热降解动力学
• 3.4.3 阻燃PTT 共聚酯的热降解机理
• 3.5 小结
• 第四章 阻燃PTT 共聚酯的非等温结晶性能
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.3 理论基础
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 阻燃PTT 共聚酯的非等温结晶性能
• 4.4.2 阻燃PTT 共聚酯的非等温结晶动力学
• 4.5 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 进一步研究设想
• 参考文献
• 附录
• 致谢