膨胀型红磷微胶囊阻燃剂的绿色制备研究

【摘要】：SC-CO_2已逐渐应用到微胶囊化技术中。本文采用超临界反应包覆法制备囊芯为红磷、囊壁为间位芳香族聚酰胺的膨胀型微胶囊阻燃剂,并通过SEM、TG-DTA、元素分析、CONE等分析测试手段对微胶囊的物理性能和阻燃性能等进行了系统研究和分析。 由于SC-CO_2条件下间位芳香族聚酰胺的合成目前国内外还未见报道,因此,为了保证微胶囊的包覆质量,首先研究了SC-CO_2条件下以间苯二甲酸二钠盐和间苯二胺盐酸盐为原料合成间位芳香族聚酰胺的熔融缩聚反应。借助常规熔融缩聚反应的动力学和热力学对本反应所做的反应热力学和动力学分析表明:SC-CO_2条件下的熔融缩聚反应,影响反应速率的因素主要是小分子副产物的排除速度,影响产物聚合度的主要因素是反应时间和小分子副产物的排除速度,缩聚产物的平均聚合度与小分子副产物的摩尔分数成反比。红外光谱分析表明:用SC-CO_2作为介质对产物没有任何影响,CO_2还能起到增塑剂的作用,使反应在较低的温度下进行,且通过CO_2萃取小分子副产物能得到高相对分子质量的间位芳香族聚酰胺。研究了单体浓度和纯度、聚合反应的时间、SC-CO_2的压力、反应温度、搅拌速率等对聚合物比浓对数粘度的影响。结果表明:聚合物的比浓对数粘度随单体浓度、反应时间、SC-CO_2压力的变化而明显变化,随反应温度的变化而变化,与单体的纯度无任何关系,与搅拌速率的关系不如常规熔融缩聚反应密切。 接着进行了超临界反应包覆法制备膨胀型红磷微胶囊阻燃剂的研究。对包覆机理的分析表明:由于囊壁间位芳香族聚酰胺的极性酰胺基与囊芯红磷表面极性基团的化学键合作用,使得当间位芳香族聚酰胺预聚体的聚合度达到一定程度后,便以红磷为核心进行异相成核,并采用复合生长模式进行包覆生长。考察了反应温度、SC-CO_2的压力、搅拌速度对制得的微胶囊的外观形态、热稳定性、粒径大小及分布的影响,研究了微胶囊化红磷的吸湿性、稳定性等主要物理性能。结果表明: (1)反应温度对制得的微胶囊的外观形态和热稳定性有明显的影响。制备的红磷微胶囊阻燃剂的初始分解温度为350℃,比现有的膨胀型阻燃剂的分解温度高出70～120℃,能满足几乎所有工程塑料的加工要求。