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聚双酚酸苯基磷酸酯的合成及其在膨胀阻燃ABS中的应用

陈晓玲  
【摘要】:ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)树脂是产量最大的树脂之一,广泛应用于电器、电子、汽车、建筑等领域。然而,ABS树脂的氧指数仅为19左右,容易燃烧,并产生大量的浓烟和有毒气体,对人们的生命安全和环境带来很大的危害,因此ABS的阻燃研究十分重要。膨胀型阻燃剂(IFR)因环境友好且阻燃效率高而在阻燃领域获得广泛应用。但目前IFR的合成大多以三氯氧磷、三氧化磷等有毒化合物为原料,并要求绝对干燥的反应条件。这种工艺不仅原料不易保存,而且反应条件苛刻。另外,生产膨胀型阻燃剂的原料几乎全部来源于化石资源,而化石资源是不可再生资源。若将其部分原料用来源于生物质资源的化学品来代替,将为膨胀型阻燃剂的可持续发展提供一条新途径。 采用源于生物质资源的双酚酸作为原料,四丁基氯化铵为相转移催化剂,通过界面缩聚法,合成了聚双酚酸苯基磷酸酯(Poly(DPA-PDCP)),考察了反应时间、催化剂用量和氢氧化钠用量对聚合产率的影响,优化出较佳的反应条件。利用红外光谱(FTIR)、核磁共振(NMR)等方法表征了其分子结构。热重分析(TGA)结果表明无论在空气还是氮气气氛下,Poly(DPA-PDCP)都具有良好的热稳定性和优异的成炭能力,能满足普通工程塑料的加工需要。 通过熔融共混法制备ABS/多聚磷酸铵(APP)/Poly(DPA-PDCP)阻燃体系,分析了Poly(DPA-PDCP)和APP对ABS树脂热稳定性能和阻燃性能的影响和协同作用。结果表明:Poly(DPA-PDCP)/APP复配阻燃ABS,能提高材料的热稳定性,降低材料的热分解速率,且显著提高残炭量。同时降低材料的总热释放量、热释放速率和质量损失速率,提高材料的极限氧指数。Poly(DPA-PDCP)与APP以质量比为1:4复配阻燃ABS,具有较好的协同阻燃效应,阻燃效果最佳。Poly(DPA-PDCP)与APP复配阻燃ABS的机理为固相阻燃机理,APP作为酸源和气源,Poly(DPA-PDCP)主要作为炭源,当材料燃烧时,在材料表面形成一层稳定致密的炭层,阻隔热质传递,保护基体材料。 通过熔融共混法制备Poly(DPA-PDCP)/APP/膨胀石墨(EG)协同阻燃ABS树脂体系,考察了Poly(DPA-PDCP)/APP与EG不同比例复配对ABS树脂热性能和阻燃性能的影响。结果表明:Poly(DPA-PDCP)/APP与EG复配阻燃ABS,提高材料的热稳定性,降低材料的分解速率,且显著提高残炭量。Poly(DPA-PDCP)/APP(1/4)与EG以质量比为1:1复配阻燃ABS,阻燃效果最佳,极限氧指数高达32.6%,UL-94测试达到V-0级。Poly(DPA-PDCP)/APP/EG体系的阻燃机理为固相阻燃。通过扫描电镜观察阻燃ABS极限氧指数测试后的残炭形貌,发现在材料燃烧时EG膨胀后的石墨片层构成炭层的骨架,Poly(DPA-PDCP)/APP通过化学反应产生的残炭粘附在EG的炭层骨架上,两者结合,形成了致密、高强度的炭层,更有效地阻隔热质传递,保护基体材料。Poly(DPA-PDCP)/APP与EG协同阻燃ABS,提高阻燃性能的同时,使得复合材料的储能模量大幅度提高,同时提高ABS的玻璃化转变温度。


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