磷系环保阻燃剂甲基膦酸二甲脂的合成、应用及改性研究

论文摘要

自从高分子材料问世以来,它的易燃性一直成为其在使用过程中不可避免的诟病,而且在其燃烧过程中可能释放出大量的烟雾和有毒气体,造成不可估量的后果。但是由于高分子材料的优越性能,人们又不得不在大量使用高分子材料的同时,想尽一切方法去降低高分子材料的易燃性,如向材料中添加填充物,改变材料的组成和结构以及添加阻燃剂。其中这些方法发展到今天,添加阻燃剂相对来说具有较好的阻燃效果,因而成为了人们在改善高分子材料的阻燃性能时的首选。但是,由于传统阻燃剂本身所具有的固有缺点,如无机铝镁阻燃剂的阻燃效率低和适用范围窄、无机磷系的吸湿性和难分散性、卤系阻燃剂的环保问题,这些缺点都已经成为这种阻燃剂的发展和应用所不可消除的桎梏,因此,寻找一类非常适合高分子材料的高效环保阻燃剂具有非常重要的意义和应用前景。与此同时,由于任何一类阻燃剂都具有其自身的缺点,所以,对阻燃剂的改性如微胶囊化、超细化和表面处理等,也已经引起人们的重视,并取得了丰硕的研究成果,其中微胶囊化对改善阻燃剂的水溶性、腐蚀性和热稳定性等特性具有较好的效果。因此,本文的研究工作主要致力于新型环保阻燃剂甲基膦酸二甲酯(DMMP)的合成工艺研究,及其对玻璃钢复合材料的阻燃性能的影响,并在此基础上,对DMMP进行微胶囊化改性,以改善其水溶性、腐蚀性和热稳定性。本课题的主要工作是首先是合成了新型高效磷系环保阻燃剂甲基膦酸二甲酯,对合成条件如反应温度、时间和催化剂用量,进行了深入系统的研究,并对合成产物通过红外光谱,核磁共振谱和热分析等方法进行了表征,证明了合成产物正确。同时将DMMP添加到玻璃钢复合材料中,通过考察材料阻燃性能和力学性能以及发烟量的变化,对DMMP的阻燃效果进行了研究。此外,针对DMMP本身所具有的缺点如水溶性、易挥发、腐蚀性等,对其进行了微胶囊化改性研究,通过界面聚合法,在w/O/w三相体系中,将聚乙烯醇与戊二醛缩合所得的缩醛作为壁材,对阻燃剂DMMP进行了包裹,将甲基膦酸二甲酯微胶囊化,并对所得微胶囊进行了表征,同时讨论了反应物用量对微胶囊化反应的影响。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 阻燃剂的发展历程
• 1.1.2 阻燃剂的基本要求及分类
• 1.1.2.1 阻燃剂的基本要求
• 1.1.2.2 阻燃剂的分类
• 1.2 有机磷系阻燃剂的发展趋势及前景展望
• 1.3 FRP材料的燃烧与阻燃机理
• 1.3.1 FRP材料的燃烧过程
• 1.3.2 有机磷系阻燃剂的阻燃机理
• 1.3.2.1 气相阻燃
• 1.3.2.2 凝聚相阻燃机理
• 1.3.2.3 中断热交换机理
• 1.4 阻燃剂的微胶囊化
• 1.4.1 微胶囊化技术概述
• 1.4.2 微胶囊壁材的选择
• 1.4.3 微胶囊制备方法
• 1.4.3.1 界面聚合法
• 1.4.3.2 原位聚合法
• 1.4.3.3 相分离法
• 1.4.3.4 乳液-溶剂蒸发法
• 1.4.3.5 物理机械法
• 1.5 本论文的研究内容及展望
• 第2章 DMMP的合成与表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验主要原料及药品
• 2.2.2 实验仪器设备
• 2.2.3 实验过程
• 2.2.3.1 反应原理
• 2.2.3.2 DMMP的合成
• 2.2.4 测试与表征
• 2.2.4.1 傅立叶红外光谱（FTIR）
• 1H-核磁共振波谱分析'>2.2.4.2¹H-核磁共振波谱分析
• 2.2.4.3 热分析
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 红外图谱分析
• 1H-核磁共振波谱解析'>2.3.2¹H-核磁共振波谱解析
• 2.3.3 热重分析
• 2.3.4 合成条件对反应产物产率的影响
• 2.3.4.1 反应温度的影响
• 2.3.4.2 反应时间的影响
• 2.3.4.3 催化剂用量的影响
• 2.4 本章小节
• 第3章 DMMP对玻璃钢复合材料性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验主要原料
• 3.2.2 实验仪器及设备
• 3.2.3 实验过程
• 3.2.3.1 玻璃钢板材的制备
• 3.2.3.2 标准试样的制备
• 3.2.4 测试与表征
• 3.2.4.1 阻燃性能测试
• 3.2.4.2 弯曲性能测试
• 3.2.4.3 拉伸性能测试
• 3.2.4.4 冲击性能测试
• 3.2.4.5 发烟量的研究
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 玻璃钢复合材料的阻燃机理
• 3.3.2 DMMP对玻璃钢复合材料阻燃性能的影响
• 3.3.3 DMMP对玻璃钢复合材料力学性能的影响
• 3.3.3.1 DMMP对玻璃钢复合材料弯曲强度的影响
• 3.3.3.2 DMMP对玻璃钢复合材料断裂伸长率的影响
• 3.3.3.3 DMMP对玻璃钢复合材料拉伸强度的影响
• 3.3.3.4 DMMP对玻璃钢复合材料冲击韧性的影响
• 3.3.4 DMMP对FRP复合材料发烟量的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 阻燃剂DMMP的微胶囊化
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验主要原料及药品
• 4.2.2 实验仪器设备
• 4.2.3 实验过程
• 4.2.3.1 反应原理
• 4.2.3.2 实验步骤
• 4.2.4 测试与表征
• 4.2.4.1 红外光谱测试
• 4.2.4.2 扫描电镜分析
• 4.2.4.3 热分析
• 4.2.4.4 磷的定性检测
• 4.2.4.5 微胶囊的溶解性的检测
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 红外光谱分析
• 4.3.2 扫描电镜测试分析
• 4.3.3 热分析
• 4.3.4 磷的定性检测
• 4.3.5 微胶囊的溶解性的检测
• 4.3.6 反应物对反应的影响
• 4.3.6.1 GA用量的影响
• 4.3.6.2 催化剂HC1的影响
• 4.3.6.3 PVA的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录:硕士期间已发表的论文