磷腈类阻燃材料合成工艺与性能研究

论文摘要

ABS是一种热塑性工程材料,在电器工业、轻工业、汽车工业及管材管件等方面都有应用,但由于其氧指数很低,发烟量很大,严重影响其使用的安全性,所以对其阻燃性能的研究就显得尤为重要。磷腈材料因其结构中富含磷、氮,因而阻燃性能很好,且其结构中的氯可被取代并分解成小分子,所以磷腈材料是环保型阻燃材料。聚磷腈用于ABS的阻燃既有阻燃效果又能较好的保持ABS的其它性能,因而开发磷腈阻燃材料以应用于ABS体系前景广阔。本课题主要进行了以下四个方面的研究工作：单体六氯环三磷腈的合成；单体开环聚合制备线性聚二氯磷腈；单体取代与聚二氯线性磷腈接枝取代制备杂化磷腈；通过热重分析考察了杂化磷腈对ABS阻燃性能的影响。第一部分采用缚酸剂法与复合催化剂法分别合成了单体六氯环三磷腈,并分析比较了两种方法之间的关系,重点考察了复合催化剂法的反应时间、催化剂种类、反应物料比、原料粒径等对产率的影响,对复合催化剂法合成工艺及两种方法的后续处理工艺进行了改进,对产物纯度进行了分析,总结出较适合工业化生产的工艺路线。第二部分主要对熔融开环聚合的反应温度与时间进行了考察,在250℃,10h及270℃,4h下较好的合成了线性聚二氯磷腈。第三部分分别合成了六(丙烯酸羟乙酯基)环三磷腈、聚(丙烯酸羟乙酯基)磷腈、聚二乙氧基磷腈,并对丙烯酸羟乙酯基取代聚二氯磷腈的合成工艺加以改进,通过红外表征表明制得了目标产物。第四部分分别把上述磷腈取代产物加入到ABS中,并对其进行了热重分析,接枝聚磷腈对ABS的热失重温度各有提升。最后,在总结上述研究结果的基础上,建议今后的研究工作应加强开环聚合、材料改性方面的研究,以期提高开环聚合物的产率与分子量并使阻燃材料与基体材料混合均匀。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 阻燃剂的分类与应用
• 1.1.1 阻燃剂的定义与分类
• 1.1.1.1 阻燃剂的定义
• 1.1.1.2 阻燃剂的分类
• 1.1.2 阻燃剂的应用现状与前景
• 1.1.2.1 阻燃剂的市场现状
• 1.1.2.2 各系阻燃剂的适用环境与加工优缺点
• 1.2 磷腈类材料的结构特点与应用
• 1.2.1 磷腈材料结构特点
• 1.2.2 磷腈类材料的广泛应用
• 1.2.2.1 磷腈应用于航空航天
• 1.2.2.2 磷腈应用于特种橡胶与弹性材料
• 1.2.2.3 磷腈应用于防火阻燃材料
• 1.2.2.4 磷腈应用于高分子电解质
• 1.2.2.5 磷腈应用于光学材料
• 1.2.2.6 磷腈应用于生物医用高分子材料
• 1.2.2.7 磷腈应用于高分子液晶及其分离膜
• 1.2.2.8 磷腈应用于高分子催化剂及燃料
• 1.3 磷腈类材料的合成与阻燃
• 1.3.1 单体六氯环三磷腈的合成
• 1.3.1.1 以三氯化磷、氯气、氯化铵为原料合成法
• 1.3.1.2 以氯化氢、氨气与五氯化磷为原料合成法
• 1.3.1.3 以五氯化磷和氯化铵作为原料直接反应法
• 1.3.1.4 催化剂法
• 1.3.1.5 微波法
• 1.3.1.6 单体六氯环三磷腈的分离与提纯
• 1.3.2 单体的开环聚合
• 1.3.2.1 以N-二氯磷酰-p-三氯单磷腈为原料的合成方法
• 1.3.2.2 固相聚合
• 1.3.2.3 液相聚合
• 1.3.3 杂化聚磷腈对ABS阻燃性能的提升
• 1.3.3.1 磷腈阻燃性能
• 1.3.3.2 阻燃机理介绍
• 1.3.3.3 ABS材料简介
• 1.4 本课题研究内容
• 第二章 单体六氯环三磷腈的合成
• 2.1 实验仪器与药品
• 2.1.1 实验仪器
• 2.1.2 实验药品
• 2.2 实验方法与操作
• 2.2.1 早期实验结果
• 2.2.2 复合催化剂法合成单体
• 2.2.2.1 单体合成机理
• 2.2.2.2 实验前处理
• 2.2.2.3 实验步骤
• 2.2.2.4 实验改进
• 2.2.3 缚酸剂法合成单体
• 2.2.3.1 实验步骤
• 2.2.3.2 实验改进
• 2.2.3.3 存在问题
• 2.3 产品分离与提纯
• 2.3.1 传统分离提纯工艺
• 2.3.2 改进分离提纯工艺
• 2.3.3 产品图片
• 2.4 产物表征
• 2.4.1 产物熔点测试
• 2.4.2 产物纯度测试
• 2.4.3 产物红外测试
• 2.4.4 产物XRD测试
• 2.5 影响因素的讨论
• 2.5.1 原料物料比对产率的影响
• 2.5.2 原料粒径度对产率的影响
• 2.5.3 不同催化剂对产率的影响
• 2.5.4 反应时间对产率的影响
• 2.5.5 复合催化剂法与缚酸剂法之间的关系
• 2.6 小结
• 第三章 线性聚磷腈与接枝杂化磷腈的合成
• 3.1 线性聚二氯磷腈的合成
• 3.1.1 一步法合成线性聚磷腈
• 3.1.2 单体开环聚合制备线性聚磷腈
• 3.1.2.1 实验仪器与药品
• 3.1.2.2 实验步骤
• 3.1.2.3 早期实验产品与实验分析
• 3.1.2.4 后期实验产品分析与产品外征
• 3.2 六（丙烯酸羟乙酯基）环三磷腈的合成
• 3.2.1 缚酸剂的选择
• 3.2.2 传统工艺条件
• 3.2.3 工艺条件改进
• 3.2.4 产物红外表征
• 3.3 聚（丙烯酸羟乙酯基）磷腈的合成
• 3.3.1 合成路线
• 3.3.2 合成步骤
• 3.3.3 产物红外表征
• 3.4 聚（二乙氧基）磷腈的合成
• 第四章 磷腈取代产物对ABS阻燃性能的影响
• 4.1 热重分析简介
• 4.2 ABS掺杂六（丙烯酸羟乙酯基）磷腈的TGA表征
• 4.3 ABS掺杂聚（丙烯酸羟乙酯基）磷腈的TGA表征
• 4.4 ABS掺杂聚（二乙氧基）磷腈的TGA表征
• 4.5 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书