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我国聚氯乙烯(PVC)塑料产量大,用途广泛。使用过程中加入具有生殖毒性和易燃的邻苯类增塑剂邻苯二甲酸二辛酯(DOP),显著降低了材料的阻燃性能,限制了PVC的使用范围,开发环保型阻燃增塑剂是PVC增塑剂的重要发展方向。本研究以生物质资源蓖麻油为原料,设计合成了一系列蓖麻油基磷酸二乙酯类,磷杂菲DOPO类,氯磷和氮磷协同阻燃类以及含有9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)基团和赛克基团(THEIC)的反应型增塑剂,并利用点击化学(动态组合化学Click Chemistry)首次合成了一系列阻燃蓖麻油基聚氯乙烯高分子材料,利用LOI,TGA,SEM,TGA-FTIR,TGA-MS和锥型量热仪等设备对塑化聚氯乙烯制品的性能和阻燃机理进行了研究。1.蓖麻油经环氧化反应后,与合成的磷酸二乙酯发生开环反应得到了具有阻燃基团的蓖麻油基磷酸二乙酯(PPC)。将其与DOP复配使用,利用热塑共混的方法塑化聚氯乙烯,得到了阻燃聚氯乙烯制品。对制品的熔融扭矩、热性能、阻燃性能、力学性能以及在不同溶剂中的耐抽出性能进行了研究。结果表明:PPC与DOP复配使用,得到的聚氯乙烯制品具有较高的热降解稳定性、较好的阻燃性能和耐迁移性能。2.蓖麻油经环氧化、开环和酯化反应合成了含有DOPO基团的阻燃增塑剂(PCOPE-1);使用溶剂浇铸的方法制备了塑化聚氯乙烯制品。研究表明:随着制品中PCOPE-1含量的增加,制品的极限氧指数(LOI)从23.6%增加到36.7%;热降解温度(Td)、失重50%时的温度(T50),最大热失重速率时的温度(Tp1和Tp1)分别达到了289.4,318.2,293.8和444.3℃。热释放速率峰值(pHRR)从379.04 kW/m2降低到262.29kW/m2,平均热释放速率(av-HRR)从162.32 kW/m2降低到108.42 kW/m2,热释放总量(THR)从31.78 MJ/m2降低到17.9 MJ/m2。说明PCOPE-1对聚氯乙烯制品具有很好的阻燃性能。为了进一步提高蓖麻油基阻燃增塑剂的阻燃性能,将DOPO基团反应到了蓖麻油的衍生物中,得到了含有DOPO基团的蓖麻油基多元醇酯(PCOPE-2)。热重-红外质谱联用(TGA-FTIR)分析表明PCOPE-2在热降解过程中生成了焦磷酸、偏磷酸以及其他含有磷的活性自由基,在固相中具有促进自身和聚氯乙烯成碳的作用,生成的致密而坚实的碳层覆盖在制品表明,延缓和阻止了制品进一步燃烧,达到了阻燃的效果。拉伸试验表明,只使用pcope-2时,制品的拉伸强度和断裂伸长率分别为22.72mpa和350.82%,可以作为聚氯乙烯的主增塑剂使用。3.合成了一种含有氮和氯阻燃元素的蓖麻油基阻燃增塑剂(cpeco)。将其与dop复配使用塑化聚氯乙烯,研究显示,它不仅使聚氯乙烯的阻燃性能得到提高,而且还可以保持制品的力学性能稳定。制品的loi从23.6%增加到35.4%。tga-ftir和热重-质谱联用(tga-ms)分析发现制品热降解的气体成分主要是水(h2o),氯化氢(hcl),二氧化碳(co2),一氧化碳(co)和含有苯环结构(c6h6)的芳香烃物质。对制品的玻璃化转变温度、力学性能和在不同溶剂中的耐抽出性能进行了测定,并对阻燃性能进行了探索。4.为了提高蓖麻油基磷酸酯增塑剂在气相中的阻燃作用,使用theic醇解蓖麻油甲酯与氯磷酸二乙酯取代反应得到了含有赛克基团的蓖麻油基磷酸酯增塑剂(theic-mr-phosphate)。使用theic-mr-phosphate塑化聚氯乙烯制品,热重分析表明theic-mr-phosphate提高了残炭率,在300~600℃范围内通过促进成碳改善了制品的热降解稳定性。随着制品中dop逐渐被theic-mr-phosphate代替,复配增塑剂显著降低了制品的玻璃化转变温度,改善了制品的柔韧性。热释放速率峰值(p-hrr)值也由167.5kw/m2降低到52.1kw/m2,达到热释放速率峰值的时间(p-spr)逐渐变长,逐渐减少了碳烟释放,具有很好的抑烟作用。热释放速率(thr)曲线和总碳烟释放速率(tsr)曲线非常相似,但thr曲线上升的趋势总是滞后于tsr。因此,制品热量的释放总是滞后于碳烟的释放,制品的燃烧其实是碳烟的燃烧。5.利用clickchemistry反应原理合成了含有dopo基团蓖麻油基磷酸酯反应型增塑剂(eamr-dopo)。通过“内增塑”作用达到塑化聚氯乙烯目的的方法。研究表明,合成的蓖麻油基阻燃聚氯乙烯高分子材料的数均相对分子质量达到23825,分布指数为1.3,具有窄分布规律。在高温区(350℃以上)较聚氯乙烯具有更好的热降解稳定性,并且具有较高的残炭率。随着更多质量的eamr-dopo与叠氮化聚氯乙烯反应,制品的玻璃化转变温度逐渐由87.0℃降低到46.4℃.合成了一种含THEIC的蓖麻油基磷酸酯(THEIC-MR-P),再次利用“Click Chemistry”方法将THEIC-MR-P反应到叠氮功能化聚氯乙烯链上。研究表明,制备的蓖麻油基阻燃聚氯乙烯高分子材料的数均相对分子质量达到24087,分布指数为1.3。350℃以上较聚氯乙烯具有更好的热降解稳定性,提高了残炭率。随着更多质量的THEIC-MR-P与叠氮化聚氯乙烯反应,制品的玻璃化转变温度逐渐由87.0℃降低到51.4℃。这种方法的好处是兼顾了塑化聚氯乙烯并且没有增塑剂迁移,可以使制品的性质保持长期稳定。