PET降解合成聚磷酸酯阻燃剂及其阻燃性能研究

论文摘要

近年来,三大合成材料和五大合成树脂因其良好的综合性能,得到了越来越广泛的发展,尤其在纺织品材料、包装、建筑耗材、汽车、电子、办公及日用品等领域。然而,由这些聚合物材料引起的火灾却层出不穷,给全球造成了大量的人员伤亡及财产损失,全球安全意识和环保意识也随之增强,阻燃材料受到了政府机构、生产商及消费者的普遍关注,因此,无卤、低毒、低烟、高耐热性的环保型阻燃剂更是成为人们追求的目标,阻燃剂的合成和应用成为聚合物复合材料改性的一个重要发展趋势。聚合型磷酸酯阻燃剂（Polyphosphonate Flame Retardant,简称PPFR）是一种以磷碳为主要元素的“环境友好型”阻燃剂,该类阻燃剂高温分解的炭层具有隔氧、隔热、抑烟,防止产生熔滴的作用,具有热稳定性好、挥发温度高、相容性良好的突出优势,从而越来越受到人们的青睐。因此,开发聚合型磷酸酯阻燃剂迅速成为阻燃剂开发领域的热点。本课题总共分为四个阶段进行。第一阶段利用化学降解法回收废弃PET聚酯（Polyethylene terephthalate,简称PET）,将PET高聚物降解为小分子BHET（对苯二甲酸乙二醇酯）,此过程的工艺较成熟;第二阶段以BHET为原料之一,以SOCl2为酰化剂,合成中间产品对苯二甲酰氯（TPC）,通过IR谱、1H-NMR谱对TPC结构进行表征,确定反应的最佳条件为TPA3.32g（0.02mol）,SOCl27.4mL （0.1mol）,催化剂0.2g,反应温度80℃,反应时间4h。产品的收率不小于80%;第三阶段通过进一步设计合成路线、优化合成条件,合成出不同配比的聚磷酸酯阻燃剂,通过IR图谱、TGA分析仪对聚磷酸酯阻燃剂进行结构表征,同时用单因素法分别对物料配比、催化剂、反应温度进行了分析研究,确定该反应的最佳实验条件为:物料配比n（TPC）/n（Na3PO4） = 1.8:1, K2CO3催化剂的用量为Na3PO4质量的1.5%,温度控制在油浴恒温105℃左右;最后将合成的聚磷酸酯阻燃剂配制成阻燃整理液,通过垂直燃烧法、氧指数法等手段将其应用在棉织物上进行阻燃性能的测试和分析,研究阻燃剂对棉织物的阻燃性能、热稳定性及断裂强力的影响,确定最佳工艺配方参数为:PFR300g/L,溶剂Na2CO3用量为15g/L,渗透剂、柔软剂均为5g/L,焙烘温度和时间条件为160℃×5 min或150℃×6 min,可保证织物的LOI值基本上可达28%,织物损毁长度不超过12cm。本实验中使用的最初原料PET聚酯是造成环境污染的“白色污染”物,本课题将废弃PET材料进行回收利用,不仅保护了环境,而且为循环经济中资源利用方面做了重大贡献,这也是本论文的创新点所在—合成P系阻燃剂的原料问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 阻燃剂的分类及基本要求
• 1.1.1 无机金属化合物阻燃剂
• 1.1.2 卤系阻燃剂
• 1.1.3 磷系阻燃剂
• 1.1.4 氮系阻燃剂
• 1.1.5 N、P 复合型阻燃剂
• 1.1.6 其他阻燃剂
• 1.2 阻燃作用机理
• 1.2.1 凝聚相阻燃机理
• 1.2.2 气相阻燃机理
• 1.2.3 中断热交换阻燃机理
• 1.3 阻燃的实验室研究方法
• 1.3.1 氧指数法（LOI）
• 1.3.2 UL94
• 1.3.3 热分析法
• 1.4 本论文的研究意义及创新点
• 2 对苯二甲酰氯（TPC）的合成及表征
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 原料和仪器
• 2.1.2 反应原理
• 2.1.3 合成步骤
• 2.2 产品分析与表征
• 2.2.1 熔点测定
• 2.2.2 IR 谱
• 2.2.3 1H- NMR 谱
• 2.3 小结
• 3 聚磷酸酯阻燃剂的合成及表征
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 原料和仪器
• 3.1.2 反应原理
• 3.1.3 聚磷酸酯的合成
• 3.2 产品结构表征与热分析
• 3.2.1 产品的IR 图谱
• 3.2.2 产品的TGA 分析
• 3.3 讨论
• 3.3.1 对苯二甲酰氯用量对收率的影响
• 3.3.2 相转移催化剂的影响
• 3.3.3 碱金属化合物催化剂的选择
• 3.3.4 温度的控制
• 3.4 小结
• 4 应用研究部分
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 试剂与仪器
• 4.1.2 阻燃实验
• 4.2 性能测试
• 4.2.1 垂直燃烧法阻燃性能
• 4.2.2 氧指数法阻燃性能（LOI 值）
• 4.2.3 织物洗涤标准
• 4.2.4 增重率
• 4.2.5 断裂强力
• 4.3 阻燃效果
• 4.3.1 阻燃剂用量的影响
• 2CO₃ 用量对阻燃效果的影响'>4.3.2 Na₂CO₃用量对阻燃效果的影响
• 4.3.3 焙烘条件对阻燃效果的影响
• 4.4 小结
• 5 总结与展望
• 5.1 本文的工作总结
• 5.2 后期工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录