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DOPO衍生物阻燃不饱和聚酯树脂的研究

黄君仪  
【摘要】: 不饱和聚酯树脂(简称UPR)是最重要的热固性树脂之一,通用型UPR容易燃烧,在许多场所需要赋予其阻燃性。基于无卤环保的发展趋势以及添加型阻燃剂对UPR性能的损害,研究开发与UPR有良好相容性,且热稳定性好、阻燃效率高的反应型阻燃剂是很有必要的。 9,10-二氢-9-氧杂-10-膦菲-10-氧化物(DOPO)及其衍生物具备高热稳定性,可作为反应型阻燃剂应用于很多聚合物。本文合成了两种DOPO衍生物,用其制备了具有良好阻燃性能的通用型UPR。系统研究了衍生物的用量和结构对UPR阻燃性能、热稳定性以及固化反应的影响;借助扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和热重分析仪(TGA)测试手段探讨其阻燃机理。 合成了DOPO衍生物且该衍生物参与了缩聚反应,即制备了反应型阻燃UPR。DOPO与马来酸、衣康酸合成具有双羧基的DOPOMA和DDP,分别与邻苯二甲酸酐、顺丁烯二酸酐、丙二醇制备了DOPOMA阻燃UPR(P1-UPR体系)和DDP阻燃UPR(P2-UPR体系)。FTIR和核磁共振氢谱证明DOPOMA和DDP分别参与了聚酯的缩聚反应。 随着阻燃剂用量增加,P1-UPR体系和P2-UPR体系的极限氧指数(LOI)升高,阻燃性能得到改善,且后者的阻燃效果比前者好。当DOPOMA的用量为24%时,可达到UL-94 V-1级,LOI为25.4%。当DDP用量为18%时,可达到UL-94 V-0级别,LOI为29.0%。锥形量热仪测试进一步表明了P2-UPR体系具有良好的阻燃性能。 采用TGA分析了P1-UPR体系和P2-UPR体系固化物的热稳定性。结果表明:P2-UPR体系的热稳定性最好,P1-UPR体系的热稳定性与UPR0相当;UPR0残炭率仅为3.4%,P1-UPR3提高到6.1%,而P2-UPR3则高达10.3%,与阻燃性能的变化规律一致。残炭红外光谱和SEM测试表明残炭层表面磷含量提高且表面形成致密炭层,推测均以凝聚相阻燃机理为主。 选用过氧化苯甲酰和N,N-二甲基苯胺引发体系,发现引入DOPOMA和DDP均不影响UPR的固化反应。但选用过氧化甲乙酮+异辛酸钴引发体系时,DOPOMA和DDP均使得固化凝胶时间延长。 利用DSC曲线来研究固化反应的动力学,求得固化反应动力学参数和固化参数。P1-UPR3和P2-UPR3的表观活化能分别为73.67、57.41 kJ/mol,均比UPR0的活化能48.38 kJ/mol高。UPR0、P1-UPR3和P2-UPR3的凝胶温度为52,84和75℃,固化温度为60,103和92℃,后处理温度为93,121和106℃。


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