新型膨胀型阻燃剂的合成及其阻燃聚丙烯的性能研究

论文摘要

膨胀型阻燃剂不仅具有较高的阻燃效率,而且抑烟、低毒,符合当今的环保趋势。文中阐述了笼状磷酸酯阻燃中间体的合成方法,以三羟甲基丙烷与亚磷酸三甲酯为原料,优选了反应物的反应摩尔比、温度、时间、反应气氛等合成工艺,提高了产率。同时,运用了元素分析、红外、裂解-气相色谱-质谱联用等手段表征了目标化合物的分子结构。采用TG和DSC对化合物进行热稳定性能分析。本文中研究了膨胀阻燃体系用阻燃成炭剂的合成方法,首先以季戊四醇和TGIC为原料合成三嗪基多羟基成炭剂（PT-CA）作为阻燃剂的炭源,并采用红外、元素分析等手段对其结构进行表征,研究表明所合成的成炭剂为预期产物。其次在实验室原有的基础上合成乙二胺四甲基叉磷酸盐（EAPM）,优化EAPM的合成路线并采用红外和核磁等手段对其结构进行表征,研究结果表明所合成的EAPM为预期产物。分别通过热重分析对产物的热性能进行分析,表明PT-CA、 EAPM具有很高的热稳定性能。将所合成的PT-CA、EAPM、包覆APP以及MCA等物质分别以一定比例混合均匀后,加入PP中共混形成阻燃PP,并对制备的阻燃PP材料进行垂直燃烧、热重分析、拉伸试验、冲击试验等测试。研究结果表明,PT-CA、EAPM与APP复配体系对PP效果良好,且阻燃PP具有良好的力学性能保持率。其热重分析曲线的研究表明,该系列的阻燃PP材料都具有较好的热稳定性能和成炭性能。采用TG-红外联用、扫描电镜（SEM）等手段初步探讨了所合成阻燃剂的阻燃PP材料热氧降解过程和阻燃机制。研究表明该类型的膨胀型阻燃剂,能够减缓PP材料在气相中转化速度,同时阻燃剂中的磷元素形成磷酸类的物质从而形成脱水剂与成炭剂形成膨胀炭层,在凝聚相中发挥作用。阻燃剂通过凝聚相与气相协调从而起到阻燃效果。文中采用Kissinger以及Flynn-Wall-Ozawa法分析了该类型膨胀型阻燃剂热氧降解动力学的机理,研究发现加入阻燃剂后材料的活化能明显提高,说明阻燃剂的加入可以提高聚丙烯的热稳定性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 阻燃剂简介
• 1.3 阻燃剂的阻燃机理
• 1.3.1 卤系阻燃剂的阻燃机理
• 1.3.2 膨胀型阻燃剂的阻燃机理
• 1.3.3 磷系阻燃剂的阻燃机理
• 1.3.4 其他阻燃剂的阻燃机理
• 1.4 阻燃剂的发展
• 1.4.1 微胶囊化技术
• 1.4.2 超细化技术
• 1.4.3 表面改性技术
• 1.4.4 复配协同技术
• 1.4.5 消烟技术
• 1.4.6 交联技术
• 1.4.7 大分子技术
• 1.5 聚丙烯简介
• 1.6 聚丙烯阻燃剂研究的发展趋势
• 1.7 小结
• 1.8 本论文研究的主要内容及创新点
• 1.8.1 阻燃剂笼状磷酸酯的合成及结构与性能表征
• 1.8.2 膨胀型阻燃用成炭剂的合成及结构表征
• 1.8.3 含膨胀阻燃体系用成炭剂在阻燃PP材料的应用以及性能评价
• 1.8.4 含膨胀型阻燃剂PP材料阻燃机理的初步探讨
• 第二章 笼状磷酸酯的合成及结构与性能表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验装置
• 2.2.3 实验的合成路线
• 2.3 笼状磷酸酯结构表征与热性能分析
• 2.3.1 红外光谱分析
• 1H核磁共振分析'>2.3.2¹H核磁共振分析
• 2.3.3 元素分析
• 2.3.4 裂解-气相色谱-质谱联用（Py-GC-MS）
• 2.3.5 热分析方法
• 2.3.6 差式扫描量热结果分析（DSC）分析
• 2.4 实验结果讨论
• 2.4.1 红外（FTIR）结果讨论
• 1H核磁共振结果分析'>2.4.2¹H核磁共振结果分析
• 2.4.3 元素分析
• 2.4.4 裂解-气相色谱-质谱分析
• 2.4.5 TGA结果分析
• 2.4.6 差式扫描量热结果分析（DSC）结果分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 新型膨胀阻燃体系用成炭剂的合成及性能表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 实验装置
• 3.2.3 三嗪基多羟基成炭剂（PT-CA）的合成
• 3.2.4 乙二胺双环四甲叉膦酸三聚氰胺盐（EAPM）的合成工艺优化
• 3.3 膨胀型阻燃用成炭剂的结构表征与热性能分析
• 3.3.1 红外光谱分析
• 1H核磁共振分析'>3.3.2¹H核磁共振分析
• 3.3.3 元素分析
• 3.3.4 热分析方法
• 3.4 实验结果分析
• 3.4.1 三嗪基多羟基成炭剂（PT-CA）结构分析
• 3.4.2 PT-CA热稳定性能分析
• 3.4.3 PT-CA合成过程中的影响因素
• 3.4.4 乙二胺双环四甲叉膦酸三聚氰胺盐（EAPM）的结构分析
• 3.4.5 乙二胺双环四甲叉膦酸三聚氰胺盐（EAPM）的热失重性能分析
• 3.5 小结
• 第四章 含有新型膨胀阻燃体系用成炭剂在阻燃PP中的应用
• 4.1 引言
• 4.2 阻燃PP的制备
• 4.2.1 阻燃PP制备的原材料
• 4.2.2 实验用主要仪器设备
• 4.2.3 阻燃PP配方设计
• 4.2.4 样品制备
• 4.3 分析测试方法
• 4.3.1 阻燃性能测试-垂直燃烧性能测试
• 4.3.2 力学性能测试
• 4.3.3 热失重行为测试
• 4.4 实验结果讨论
• 4.4.1 不同阻燃体系阻燃PP的垂直燃烧阻燃性能分析
• 4.4.2 不同阻燃体系阻燃PP的力学性能分析
• 4.4.3 不同阻燃体系PP的热失重性能分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 膨胀型阻燃剂阻燃聚丙烯的机理初步探讨
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验材料
• 5.2.2 实验仪器
• 5.2.3 热失重-红外联用分析
• 5.2.4 扫描电境分析（SEM）
• 5.3 阻燃PP机理研究实验结果讨论
• 5.3.1 热失重分析-红外联用分析
• 5.3.2 扫描电镜结果分析（SEM）
• 5.4 阻燃PP的热降解动力学分析
• 5.4.1 基本原理
• 5.4.2 阻燃材料的热失重分析
• 5.4.3 Kissinger法分析
• 5.4.4 Flynn-Wall-Ozawa法
• 5.5 结论
• 结论
• 参考文献
• 发表论文及专利
• 致谢