两种新型有机磷阻燃剂的合成及其阻燃聚碳酸酯的研究

【摘要】：尽管卤素化合物的阻燃效果较好,但由于其燃烧时放出有毒和腐蚀性气体而污染环境,使其应用受到了很大的限制。有机膦阻燃剂具有环境友好和高效等特点而被公认是可代替卤系阻燃剂的重要品种。它在赋予材料良好的阻燃性的同时,还具有低烟低毒等优势。近年来,对有机磷阻燃剂的研究已经成为阻燃剂研发领域的热门课题。聚碳酸酯是重要的聚合物材料,具有优良的机械性能和化学稳定性等特点,因而广泛应用于汽车、建筑和电子电器等领域,但由于易燃性而使其应用受到了限制。因此,研发新型无卤磷系阻燃剂并提高聚碳酸酯的阻燃性能,已成为当今世界聚碳酸酯阻燃研究的热点。 本文中以苯基膦酰二氯、哌嗪、2,6-二甲基苯酚、三乙胺为基本原料,设计合成了新的有机膦阻燃添加剂聚(2-乙烯基-N,N'-膦酰胺)(PDEP)和双(2,6-二甲基苯基)苯基膦酸酯(BDMPP),利用红外光谱(FTIR)、'H-NMR、31P-NMR等方法对其化学结构进行了分析和表征,研究了反应条件对产率的影响,并对其热稳定性进行了分析。TGA结果表明PDEP与BDMPP具有良好的成炭能力,初始分解温度为239、281℃(质量损失5%),600℃时炭残余量为18.1、33.3%,800℃时炭残余量为10.5、9.1%。 采用熔融共混的方式分别以PDEP和BDMPP为添加剂对聚碳酸酯(polycarbonate,PC)进行阻燃改性,采用极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL94)对PC/PDEP和PC/BDMPP体系进行阻燃性能研究,结果表明,PC/7wt.%PDEP和PC/7wt.%BDMPP的LOI值可分别达到34.8、32.7%,且具有3.2mm厚度的PC/7wt.%BDMPP样品能通过UL94V-0级；对于PC/PDEP体系,PC/7wt.%PDEP的3.2mm样品的阻燃性能未能通过UL94V-0级,但其氧指数比纯的PC提高的比例为23.8%,从燃烧时间来看也从原来的23s缩短到12s,可见该有机膦化合物能提高PC的阻燃性能。氮气下热重分析结果表明,PC/PDEP和PC/BDMPP体系的起始降解温度提前,但最终的残炭量大于PC的残炭量。通过对残炭的扫描电子显微镜(SEM)和FTIR分析可知,降解产生的磷酸类物质促进PC成炭并形成致密的炭层覆盖于PC表面,阻止热量和氧的传递,有利于提高阻燃性能。PC/PDEP和PC/BDMPP体系的力学性能测试结果表明阻燃剂的加入使PC冲击强度明显下降,PC/PDEP的拉伸强度和弯曲强度都呈下降趋势。PC/BDMPP的拉伸和弯曲强度有所提高。