多元素协同螺环磷系阻燃剂的合成及阻燃性能的研究

发布时间：2017-11-03 05:12

  本文关键词：多元素协同螺环磷系阻燃剂的合成及阻燃性能的研究

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【摘要】：阻燃行业发展迅猛,具有高效阻燃性能的多元素协同含磷阻燃剂已引起了人们的广泛关注。与复配型阻燃剂相比,同分子型多元素协同阻燃剂具有热稳定好、毒性小、迁移性小、耐久性好等特点,避免了分子的空间相互作用和匹配问题对阻燃效果的影响。同分子型多元素协同阻燃剂紧密结合阻燃剂市场的发展要求,发展前景广阔,是未来无卤高效阻燃的重要研究方向。本论文首先探索了螺环磷酸酯二酰氯(SPDPC)的合成工艺,对制备得到的产物进行了提纯和结构表征,然后将其与含羟基、胺基的含氮化合物及无机金属盐等反应制备螺环磷系金属盐及磷-氮螺环磷系膨胀型阻燃剂等同分子型多元素协同磷系阻燃剂,最后研究了新型阻燃剂在树脂中的阻燃性能,探索了阻燃机理,力求制得高效、环保、适于大规模工业化的新型阻燃剂,为工业化提供依据。开展的主要工作如下:1)以三氯氧磷、季戊四醇为原料,探索了SPDPC合成工艺,以甲苯替代三氯氧磷作为溶剂,三氯氧磷的用量降低了45%,大幅缩短反应时间至14h。通过红外光谱(FTIR)、核磁共振(NMR)、热重分析(TG)等测试手段对其结构和热稳定性进行了表征,产物纯净,收率高于文献报道。2)以SPDPC与三(羟乙基)异氰脲酸酯为原料,摩尔比为1:1,以无水乙腈为溶剂,三乙胺为催化剂和缚酸剂,合成新型螺环三嗪磷系阻燃剂THECP。通过FTIR、NMR、TG对THECP的结构和热稳定性进行了表征,将THECP添加到聚丙烯(PP)中进行阻燃应用研究,当THECP添加量为30%时,PP的LOI可达32.9,UL-94达V-0级,通过TG、FTIR-TG联用、扫描电子显微镜(SEM)和FTIR等测试研究了THECP阻燃PP的热稳定性及阻燃机理。THECP阻燃PP受热生成致密连续的膨胀炭层,隔绝氧气及热量的传递,同时生成不燃性气体稀释氧气,主要在凝聚相发挥作用;聚磷酸铵的加入使阻燃体系的含磷量有所提高,与THECP发挥协同作用,有效降低阻燃剂的用量。3)以SPDPC与咪唑为原料合成新型螺环磷酰咪唑酯ISCP,以二氯甲烷为溶剂,三乙胺为催化剂和缚酸剂,摩尔比1:2.4,确定合成新型螺环磷酰咪唑酯ISCP的工艺。通过FTIR、NMR、TG对ISCP的结构和热稳定性进行了表征,将ISCP添加到环氧树脂(EP)进行阻燃测试,添加20%的ISCP,EP的LOI可达36.8,UL-94达V-0级,通过TG、FTIR-TG联用、SEM和FTIR等测试研究了ISCP阻燃EP的热稳定性及阻燃机理。ISCP集酸源、炭源、气源的于一体,在EP分解前率先降解生成大量不可燃气体,同时生成膨胀炭层覆盖在EP的表面上,阻隔氧气及热量的传递,发挥凝聚相阻燃作用。4)以SPDPC与无机铝盐为原料,以去离子水为溶剂,采用氢氧化钠调节反应体系的pH,摩尔比为3:2,合成新型螺环磷酸铝ALCP。通过FTIR,NMR、TG、ZATA电位仪、X射线衍生光谱、X射线光电子能谱及X射线荧光光谱等表征ALCP的结构和热稳定性。将ALCP添加到EP中研究其热稳定性及阻燃性能,当添加量为20%时,极限氧指数达30.2,垂直燃烧等级为V-1级,通过TG、FTIR-TG、SEM和FTIR等测试研究了ALCP阻燃EP的热稳定性及阻燃机理。ALCP在EP分解前发生降解,生成大量含磷化合物及铝盐覆盖在基材表面,生成隔氧隔热的残炭层,铝元素通过吸热脱水阻燃,发挥凝聚相阻燃作用。
【关键词】：螺环 膨胀型阻燃剂 金属化合物阻燃剂 热降解性能
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ314.248
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-24
• 1.1 引言11
• 1.2 螺环磷系阻燃剂的研究进展11-21
• 1.2.1 含P-C键的螺环膦系阻燃剂12-13
• 1.2.2 含氮元素的螺环磷系阻燃剂13-17
• 1.2.3 含硅元素的螺环磷系阻燃剂17
• 1.2.4 含硼元素的螺环磷系阻燃剂17-18
• 1.2.5 含DOPO的螺环磷系阻燃剂18
• 1.2.6 含卤素的螺环磷系阻燃剂18-19
• 1.2.7 其它螺环磷系阻燃剂19-20
• 1.2.8 纳米技术在螺环磷系阻燃剂中的应用20-21
• 1.3 本论文的研究意义和研究内容21-24
• 1.3.1 研究意义21-22
• 1.3.2 主要研究内容22-24
• 第二章 塞克螺环磷系阻燃剂的合成及其在聚丙烯中的应用研究24-44
• 2.1 引言24-25
• 2.2 中间体螺环磷酸酯二酰氯的合成及表征25-29
• 2.2.1 实验部分25-26
• 2.2.2 结果与讨论26-29
• 2.3 塞克螺环磷系阻燃剂的合成及表征29-35
• 2.3.1 实验部分29-30
• 2.3.2 结果与讨论30-35
• 2.4 塞克螺环磷系阻燃剂在聚丙烯中的应用研究35-43
• 2.4.1 实验部分35-36
• 2.4.2 结果与讨论36-43
• 2.5 小结43-44
• 第三章 螺环磷酰咪唑酯阻燃剂的合成及其在环氧树脂中的应用研究44-58
• 3.1 引言44
• 3.2 螺环磷酰咪唑酯阻燃剂的合成及表征44-50
• 3.2.1 实验部分44-45
• 3.2.2 结果与讨论45-50
• 3.3 螺环磷酰咪唑酯阻燃剂在环氧树脂中的应用研究50-56
• 3.3.1 实验部分50-51
• 3.3.2 结果与讨论51-56
• 3.4 小结56-58
• 第四章 有机螺环磷酸铝的合成及及其在环氧树脂中的应用研究58-72
• 4.1 引言58
• 4.2 有机螺环磷酸铝的合成及表征58-64
• 4.2.1 实验部分58-59
• 4.2.2 结果与讨论59-64
• 4.3 有机螺环磷酸铝在环氧树脂中的应用研究64-70
• 4.3.1 实验部分64-65
• 4.3.2 结果与讨论65-70
• 4.4 小结70-72
• 结论72-74
• 参考文献74-81
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单81-82
• 致谢82

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本文编号：1134771