多元素协同螺环磷系阻燃剂的合成及阻燃性能的研究.pdf

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1、多元素协同螺环磷系阻燃剂的合成及阻燃性能的研究李泓成2015年12月中图分类号：TQ028.1UDC分类号：540多元素协同螺环磷系阻燃剂的合成及阻燃性能的研究作者姓名李泓成学院名称材料学院指导教师刘吉平教授答辩委员会主席李树奎教授申请学位工学硕士学科专业材料科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年12月SynthesisandflameretardantpropertiesofmultielementspirophosphorusflameretardantsCandidateName：HongchengLiSchoolorDepartment：SchoolofMateri

2、alsFacultyMentor：Prof.JipingLiuChair,ThesisCommittee：Prof.ShukuiLiDegreeApplied：MasterofEngineeringMajor：MaterialsScienceandEngineeringDegreeby：BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：12，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京

3、理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文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

4、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

5、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

6、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I北京理工大学硕士学位论文及阻燃机理。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

7、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，