透明阻燃PMMA的制备及其性能研究
发布时间：2021-09-02 14:08
聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）又称为“有机玻璃”,是一种光学性优异的高分子材料。它具有良好的电绝缘性能、耐磨耐候性能,被广泛应用于航空航天、移动通信、交通运输等各个领域。但是PMMA本身耐热性能很差,属于极易燃烧的材料,其在锥型量热测试中的热释放速率峰值（PHRR）可高达1058 k W/m2,并且PMMA的燃烧过程往往伴随着严重的滴落现象,一旦燃烧将会造成极大的危害,因此,PMMA阻燃改性研究具有重要意义。目前常用的方法是将PMMA与阻燃剂共混,制得阻燃PMMA,但是这种方法通常以牺牲PMMA的透明度为代价,因此会显著限制其在光学领域的应用;另一种方法是将阻燃单体以共聚的方式连接到PMMA分子链上,该方法对PMMA透光率的影响较小,但是同时含有阻燃元素以及不饱和碳碳双键的阻燃剂往往需要一系列复杂的化学反应进行制备,成本较高,限制了其大规模的工业化应用。所以研究开发简便易得、成本适宜的透明阻燃PMMA,是当前PMMA改性亟待解决的巨大挑战。本文通过本体共聚合制备得到兼具透明和阻燃性能的PMMA共混物和共聚物,所得到的PMMA不仅具有较好的阻燃性能,而且具有优异的透光...
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PMMA的结构式Figure1-1.ThechemicalstructureofPMMA
透明阻燃PMMA的制备及其性能研究7图1-2阻燃剂FR的合成过程[34]Figure1-2.SynthesisprocessofflameretardantFR[34]磷氮元素具有协同阻燃的效果，磷氮复配阻燃体系往往具有更加优异的阻燃性能。SiqiHuo等[35]通过二苯基次氯代膦酸酯与氨基咪唑发生反应，合成了阻燃剂DA，将其引入EP中（如图1-3），其与EP表现出较好的相容性，当DA引入量为16phr时，EP复合材料的LOI可提升至37.2%，并且通过垂直燃烧V-0等级测试。Gaan等[36]从9,10-二氢-9氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)出发设计合成了DOPO基膦酰胺化合物，用于阻燃聚氨酯（PU）。研究结果表明，其阻燃效果优异，仅5wt%的DOPO基膦酰胺化合物的加入即可使PU的阻燃等级提升至HF-1级。李响等[37]利用亲核取代反应将磷与氮元素连接到同一单体上，合成阻燃剂DHPPOH-NCO，将其用于阻燃EP，研究结果表明，DHPPOH-NCO引入量为15wt%时，EP复合材料的LOI可提升至33.9%。且达到垂直燃烧V-0等级。对锥型量热测试之后的残炭进行SEM分析发现，15wt%DHPPOH-NCO/EP的样品残炭表现出多孔交联结构，表明阻燃剂可分解产生氮气等不可燃气体将炭层吹起，起到膨胀阻燃的效果。
浙江工业大学硕士学位论文8图1-3DA的合成工艺[35]Figure1-3.SynthesisprocessofDA[35]1.4.3氮系阻燃剂分子结构中含有氮元素的化合物也常被用作阻燃剂，其在燃烧过程中会分解产生一些难燃气体，如氮气、氨气等，这些气体将维持聚合物燃烧所需氧气的浓度大大稀释，从而达到阻燃的效果[38]。因其阻燃机理的限制，含氮类阻燃剂单独使用时，往往效果不佳，因此很少单独在聚合物基体中使用，通常与磷系阻燃剂复合使用，研究表明[39-41]，磷氮阻燃体系具有较好的协同作用。单独的含磷阻燃剂在受热分解聚合过程中产生的聚偏磷酸促进聚合物脱水炭化，产生一层致密的炭层覆盖在聚合物基体表面，起到隔热隔氧的效果，而氮系阻燃剂存在时，其燃烧过程中分解产生的不可燃气体会填充在致密的炭层中，使炭层膨胀起来，在聚合物表面形成一层类似泡沫状的膨胀炭层，通过对该炭层进行分析发现，其主要是由P、N、C三种元素组成的交联结构，因此具有更加稳定的性能，该炭层更为致密，不易被破坏，其隔热隔氧效果更佳。因此阻燃效果更佳。Gaan等[42]合成三种同时含有磷和氮的阻燃剂，将其用于棉织物的阻燃，通过研究发现，磷和氮并非含量越多越好，适当的磷氮比例才能使阻燃效果达到最佳。同时磷氮复配的协同效果也因聚合物的基体不同而表现出不同的差异,。Nguyen等[43]合成了哌嗪磷酸酯类阻燃剂DPPMP，将其引入PC基体中后，阻燃性能优异，当DPPMP的含量为7wt%时，PC复合材料的LOI可提升至33.0%，且能通过垂直燃烧V-0等级，并且无熔滴现象。但将DPPMP引入乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）中，其阻燃效果不显著，当其引入量为20
【参考文献】：
期刊论文
[1]A型邵氏硬度计标准差异对硬度测量结果影响分析[J]. 汪宁溪,骆昕,张思然,陈龙. 计量技术. 2019(10)
[2]改善聚甲基丙烯酸甲酯聚合物热稳定性的研究[J]. 刘哲,董鑫,许济峰,杨金胜,王志波. 弹性体. 2019(04)
[3]氮磷系阻燃剂的应用研究进展[J]. 胡伟丰,闫启东,李从撑,汤敏哲,沈家旺,王灵辉,孙梦琪. 化工时刊. 2019(07)
[4]自交联型阻燃不饱和树脂的制备[J]. 袁亮,刘旭东,张晓平,于卓恒,秦梅. 化学工程师. 2019(05)
[5]硼系阻燃剂检测方法研究进展[J]. 魏婉妮,陈小轲. 中国纤检. 2019(04)
[6]欧洲酝酿电器塑料件卤素禁令[J]. 绿色包装. 2019(03)
[7]溴系阻燃剂对ABS阻燃及力学性能的影响[J]. 亓文丽,罗鹏飞,曹玉娟,严园,郁浩,唐龙祥. 弹性体. 2019(01)
[8]N,N-二乙基丙烯酰胺与N,N-二甲基丙烯酰胺嵌段共聚物的可控合成及温敏性研究[J]. 张子路,徐亮,臧春雨,Kakuchi Toyoji,沈贤德. 高分子学报. 2019(04)
[9]硅系阻燃剂作用机理及应用进展[J]. 宋远超,陈国文,姚慧玲,赵丹南. 有机硅材料. 2018(06)
[10]聚甲基丙烯酸甲酯/碳纳米管复合材料[J]. 王志超,杨甜甜,王志,柴国强,张旭. 消防科学与技术. 2018(05)
博士论文
[1]聚噻吩衍生物溶液的响应性能和芳基硼酸衍生物的阻燃性能研究[D]. 包祥俊.华南理工大学 2014
[2]新型透明阻燃耐热聚甲基丙烯酸甲酯材料的设计、制备与性能研究[D]. 江赛华.中国科学技术大学 2014
[3]基于环三磷腈的无卤阻燃光学树脂的制备与性能[D]. 郭雅妮.华中科技大学 2011
硕士论文
[1]聚N，N-二甲基丙烯酰胺/石墨烯双交联纳米复合水凝胶的制备与性能表征[D]. 王凡.青岛科技大学 2019
[2]笼网结构含磷POSS反应型阻燃剂在环氧树脂中的应用[D]. 李胜楠.河北大学 2019
[3]磷—氮协同阻燃剂的合成及性能研究[D]. 李响.兰州理工大学 2019
[4]聚甲基丙烯酸甲酯纳米复合材料阻燃性能研究[D]. 王东升.长春理工大学 2018
[5]不同放置角度下聚合物材料PMMA火蔓延及燃烧特性研究[D]. 刘伟.安徽工业大学 2017
[6]苯基膦酸稀土和溴系阻燃剂协效阻燃聚碳酸酯[D]. 叶润丰.浙江大学 2017
[7]新型有机硼氮阻燃剂的制备及性能[D]. 张铁.华南理工大学 2016
[8]反应型含磷阻燃剂对不饱和树脂阻燃性能的研究[D]. 程刘峰.武汉理工大学 2015
[9]超高分子量聚甲基丙烯酸甲酯的合成[D]. 余林.浙江工业大学 2014
[10]聚合物着火，燃烧特性的研究[D]. 陆晓东.青岛科技大学 2006
本文编号：3379152
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PMMA的结构式Figure1-1.ThechemicalstructureofPMMA
透明阻燃PMMA的制备及其性能研究7图1-2阻燃剂FR的合成过程[34]Figure1-2.SynthesisprocessofflameretardantFR[34]磷氮元素具有协同阻燃的效果，磷氮复配阻燃体系往往具有更加优异的阻燃性能。SiqiHuo等[35]通过二苯基次氯代膦酸酯与氨基咪唑发生反应，合成了阻燃剂DA，将其引入EP中（如图1-3），其与EP表现出较好的相容性，当DA引入量为16phr时，EP复合材料的LOI可提升至37.2%，并且通过垂直燃烧V-0等级测试。Gaan等[36]从9,10-二氢-9氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)出发设计合成了DOPO基膦酰胺化合物，用于阻燃聚氨酯（PU）。研究结果表明，其阻燃效果优异，仅5wt%的DOPO基膦酰胺化合物的加入即可使PU的阻燃等级提升至HF-1级。李响等[37]利用亲核取代反应将磷与氮元素连接到同一单体上，合成阻燃剂DHPPOH-NCO，将其用于阻燃EP，研究结果表明，DHPPOH-NCO引入量为15wt%时，EP复合材料的LOI可提升至33.9%。且达到垂直燃烧V-0等级。对锥型量热测试之后的残炭进行SEM分析发现，15wt%DHPPOH-NCO/EP的样品残炭表现出多孔交联结构，表明阻燃剂可分解产生氮气等不可燃气体将炭层吹起，起到膨胀阻燃的效果。
浙江工业大学硕士学位论文8图1-3DA的合成工艺[35]Figure1-3.SynthesisprocessofDA[35]1.4.3氮系阻燃剂分子结构中含有氮元素的化合物也常被用作阻燃剂，其在燃烧过程中会分解产生一些难燃气体，如氮气、氨气等，这些气体将维持聚合物燃烧所需氧气的浓度大大稀释，从而达到阻燃的效果[38]。因其阻燃机理的限制，含氮类阻燃剂单独使用时，往往效果不佳，因此很少单独在聚合物基体中使用，通常与磷系阻燃剂复合使用，研究表明[39-41]，磷氮阻燃体系具有较好的协同作用。单独的含磷阻燃剂在受热分解聚合过程中产生的聚偏磷酸促进聚合物脱水炭化，产生一层致密的炭层覆盖在聚合物基体表面，起到隔热隔氧的效果，而氮系阻燃剂存在时，其燃烧过程中分解产生的不可燃气体会填充在致密的炭层中，使炭层膨胀起来，在聚合物表面形成一层类似泡沫状的膨胀炭层，通过对该炭层进行分析发现，其主要是由P、N、C三种元素组成的交联结构，因此具有更加稳定的性能，该炭层更为致密，不易被破坏，其隔热隔氧效果更佳。因此阻燃效果更佳。Gaan等[42]合成三种同时含有磷和氮的阻燃剂，将其用于棉织物的阻燃，通过研究发现，磷和氮并非含量越多越好，适当的磷氮比例才能使阻燃效果达到最佳。同时磷氮复配的协同效果也因聚合物的基体不同而表现出不同的差异,。Nguyen等[43]合成了哌嗪磷酸酯类阻燃剂DPPMP，将其引入PC基体中后，阻燃性能优异，当DPPMP的含量为7wt%时，PC复合材料的LOI可提升至33.0%，且能通过垂直燃烧V-0等级，并且无熔滴现象。但将DPPMP引入乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）中，其阻燃效果不显著，当其引入量为20
【参考文献】：
期刊论文
[1]A型邵氏硬度计标准差异对硬度测量结果影响分析[J]. 汪宁溪,骆昕,张思然,陈龙. 计量技术. 2019(10)
[2]改善聚甲基丙烯酸甲酯聚合物热稳定性的研究[J]. 刘哲,董鑫,许济峰,杨金胜,王志波. 弹性体. 2019(04)
[3]氮磷系阻燃剂的应用研究进展[J]. 胡伟丰,闫启东,李从撑,汤敏哲,沈家旺,王灵辉,孙梦琪. 化工时刊. 2019(07)
[4]自交联型阻燃不饱和树脂的制备[J]. 袁亮,刘旭东,张晓平,于卓恒,秦梅. 化学工程师. 2019(05)
[5]硼系阻燃剂检测方法研究进展[J]. 魏婉妮,陈小轲. 中国纤检. 2019(04)
[6]欧洲酝酿电器塑料件卤素禁令[J]. 绿色包装. 2019(03)
[7]溴系阻燃剂对ABS阻燃及力学性能的影响[J]. 亓文丽,罗鹏飞,曹玉娟,严园,郁浩,唐龙祥. 弹性体. 2019(01)
[8]N,N-二乙基丙烯酰胺与N,N-二甲基丙烯酰胺嵌段共聚物的可控合成及温敏性研究[J]. 张子路,徐亮,臧春雨,Kakuchi Toyoji,沈贤德. 高分子学报. 2019(04)
[9]硅系阻燃剂作用机理及应用进展[J]. 宋远超,陈国文,姚慧玲,赵丹南. 有机硅材料. 2018(06)
[10]聚甲基丙烯酸甲酯/碳纳米管复合材料[J]. 王志超,杨甜甜,王志,柴国强,张旭. 消防科学与技术. 2018(05)
博士论文
[1]聚噻吩衍生物溶液的响应性能和芳基硼酸衍生物的阻燃性能研究[D]. 包祥俊.华南理工大学 2014
[2]新型透明阻燃耐热聚甲基丙烯酸甲酯材料的设计、制备与性能研究[D]. 江赛华.中国科学技术大学 2014
[3]基于环三磷腈的无卤阻燃光学树脂的制备与性能[D]. 郭雅妮.华中科技大学 2011
硕士论文
[1]聚N，N-二甲基丙烯酰胺/石墨烯双交联纳米复合水凝胶的制备与性能表征[D]. 王凡.青岛科技大学 2019
[2]笼网结构含磷POSS反应型阻燃剂在环氧树脂中的应用[D]. 李胜楠.河北大学 2019
[3]磷—氮协同阻燃剂的合成及性能研究[D]. 李响.兰州理工大学 2019
[4]聚甲基丙烯酸甲酯纳米复合材料阻燃性能研究[D]. 王东升.长春理工大学 2018
[5]不同放置角度下聚合物材料PMMA火蔓延及燃烧特性研究[D]. 刘伟.安徽工业大学 2017
[6]苯基膦酸稀土和溴系阻燃剂协效阻燃聚碳酸酯[D]. 叶润丰.浙江大学 2017
[7]新型有机硼氮阻燃剂的制备及性能[D]. 张铁.华南理工大学 2016
[8]反应型含磷阻燃剂对不饱和树脂阻燃性能的研究[D]. 程刘峰.武汉理工大学 2015
[9]超高分子量聚甲基丙烯酸甲酯的合成[D]. 余林.浙江工业大学 2014
[10]聚合物着火，燃烧特性的研究[D]. 陆晓东.青岛科技大学 2006
本文编号：3379152
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/3379152.html
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