聚丙烯酸五溴苄酯的合成及其在ABS中的应用

论文摘要

聚丙烯酸五溴苄酯作为一种高分子型溴系阻燃剂,具有优异的阻燃性能,且耐迁移、低毒、热稳定性高、对材料的物理机械性能影响较小,更重要的是不存在“二噁英”问题,适用于玻纤增强工程塑料,如PA、PBT、PET、PC、ABS、PP及PS等的阻燃处理。国外对这方面的研究发展较快,并已工业化生产,但是我国聚丙烯酸五溴苄酯的研发和生产仍处于初步阶段,所以研究聚丙烯酸五溴苄酯的合成具有重要的意义。本文以五溴甲苯为原料,合成丙烯酸五溴苄酯单体,单体再经聚合得到聚丙烯酸五溴苄酯。在合成工艺研究中,合成了中间体五溴苄基溴,讨论了反应温度、时间、投料比对收率的影响,确定了较佳的实验条件,并利用红外光谱（FTIR）、核磁氢谱（1HNMR）及差式扫描量热法（DSC）对产品进行了分析和表征。当反应温度为80℃,反应时间为2h,n（Br2）:n（PBB）为1.4时,收率达到了88.5%。五溴苄基溴在相转移催化剂的催化下,与丙烯酸钠发生亲核取代反应,得到丙烯酸五溴苄酯单体。文章考察了不同溶剂、催化剂用量、反应温度、投料比对收率的影响,并用红外光谱（FTIR）、核磁氢谱（1HNMR）和热失重分析法（TGA）对产物进行了表征和分析。结果表明,当溶剂为氯苯,相转移催化剂用量为4%（mol）,反应温度为100℃,n（AA）:n（PBB-Br）为1.11.2时,反应能达到较好的效果,转化率达91%以上。丙烯酸五溴苄酯单体在自由基引发剂的作用下,聚合成了高分子型阻燃剂聚丙烯酸五溴苄酯,通过红外光谱（FTIR）和热失重分析法（TGA）对聚合物进行了分析和表征。文中所合成的聚丙烯酸五溴苄酯具有优异的热稳定性,5%热失重温度为330℃。将合成的聚丙烯酸五溴苄酯与Sb2O3复配对ABS进行阻燃改性,Br/Sb摩尔比为3:1,通过氧指数（LOI）、垂直燃烧研究了阻燃剂对ABS阻燃性能的影响,通过TGA研究了阻燃剂对ABS热性能的影响,阻燃剂对ABS力学性能的影响则通过拉伸和冲击测试来研究。结果表明:样品氧指数随着阻燃剂添加量的增加而提高,当添加量为20%时,材料的氧指数值达29%,阻燃级别达到V-0级。TGA结果表明,相对纯ABS来说,阻燃ABS的初始分解温度降低了,但是当温度达到350℃时,阻燃ABS的热降解速率要低于纯ABS,因此阻燃剂的加入提高了ABS在高温下的热稳定性。与PBB/Sb2O3相比,PBB-PA/Sb2O3的用量对ABS的拉伸强度影响较小,并且PBB-PA的加入能够改善ABS的冲击性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 阻燃剂
• 1.2.1 阻燃剂的概念
• 1.2.2 阻燃剂的分类
• 1.2.2.1 反应型和添加型阻燃剂
• 1.2.2.2 有机阻燃剂和无机阻燃剂
• 1.3 高聚物的燃烧及阻燃
• 1.3.1 高聚物燃烧概述
• 1.3.2 高聚物燃烧反应
• 1.3.3 阻燃剂的阻燃机理
• 1.4 溴系阻燃剂
• 1.4.1 溴系阻燃剂的主要品种
• 1.4.2 溴系阻燃剂的发展现状
• 1.4.3 溴系阻燃剂存在的问题
• 1.4.3.1 “二噁英”问题
• 1.4.3.2 烟雾及毒气问题
• 1.4.4 溴系阻燃剂面临问题的解决方法
• 1.4.5 高分子型溴系阻燃剂的研究现状
• 第二章 聚丙烯酸五溴苄酯的合成路线讨论
• 2.1 五溴甲苯的制备
• 2.1.1 反应原理
• 2.1.2 反应方法
• 2.2 五溴苄基溴的制备
• 2.2.1 Wohl–Ziegler 溴化反应制备五溴苄基溴
• 2.2.2 光照法合成五溴苄基溴
• 2.2.3 一锅法合成五溴苄基溴
• 2.3 丙烯酸五溴苄酯的制备
• 2.4 聚丙烯酸五溴苄酯的制备
• 2.5 本课题研究的意义及内容
• 第三章 阻燃剂聚丙烯酸五溴苄酯的合成及表征
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验原料
• 3.1.2 实验仪器与设备
• 3.1.3 聚丙烯酸五溴苄酯的合成
• 3.1.3.1 中间体五溴苄基溴的合成
• 3.1.3.2 单体丙烯酸五溴苄酯的合成
• 3.1.3.3 合成聚丙烯酸五溴苄酯
• 3.1.4 测试与表征
• 3.1.4.1 傅里叶变换红外光谱（FTIR）
• 1HNMR）'>3.1.4.2 核磁共振（¹HNMR）
• 3.1.4.3 产品溴含量测定
• 3.1.4.4 产品热分析
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 中间体五溴苄基溴的合成与表征
• 3.2.1.1 反应条件的选择
• 3.2.1.2 结构表征
• 3.2.2 相转移催化法（PTC）合成丙烯酸五溴苄酯
• 3.2.2.1 相转移催化法反应机理
• 3.2.2.2 相转移催化反应条件的选择
• 3.2.2.3 结构表征
• 3.2.3 聚丙烯酸五溴苄酯的合成与表征
• 3.2.3.1 聚丙烯酸五溴苄酯的合成
• 3.2.3.2 结构表征
• 3.3 小结
• 第四章 聚丙烯酸五溴苄酯对 ABS 阻燃性能的影响
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原料及来源
• 4.2.2 主要实验仪器和设备
• 4.2.3 阻燃ABS 的制备
• 4.2.4 性能测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 阻燃剂用量对ABS 阻燃性能的影响
• 4.3.2 阻燃剂用量对ABS 热失重行为的影响
• 4.3.3 阻燃剂用量对ABS 力学性能的影响
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文