论文部分内容阅读
聚丙烯（PP）作为一种最常见的热塑性高聚物有着广泛的应用。但其高度可燃，燃烧时放热量大，熔融滴落严重容易使火势蔓延，使得它在诸多领域的应用受到了很大的限制。这意味着研究并改善PP的阻燃效果具有显著的意义。在现有阻燃体系中，膨胀阻燃体系（IFR）被公众为是代替含卤阻燃体系的有效渠道之一。酸源、炭源和气源共同组成膨胀体系（IFR），其中聚磷酸铵（APP）又是该体系发挥阻燃作用的关键成分，价格低廉，具有低毒性和较高的热稳定性。但是在APP的应用中存在如下问题：①APP易溶于水且吸湿后团聚严重；②因亲水性导致难以与高聚物良好相容，严重破坏聚合物基体的力学性能及加工性能。因此，本文通过引入有机基团改变其亲水性，获得疏水且难溶于水的新型APP。9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物（DOPO）是起关键作用的物质，在150℃与三聚氰胺（MEL）反应得到具有新型结构的胺盐中间体（DOPO-MEL）；之后加入磷酸氢二铵（DAP）继续发生反应，通过原位聚合将磷杂菲基团引入到APP的分子结构中，合成了一种DOPO功能化的新型疏水有机聚磷酸铵（DOAPP）。利用X射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱分析（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、核磁共振分析（31P-NMR）对产物的化学结构进行了表征分析；测试了DOAPP的接触角及水溶性，并讨论了DOAPP的疏水作用机制；对比研究了DOAPP与商业APP（C-APP）在液体石蜡中沉降；通过热重-质谱联用（TG-MS）深入探讨了DOAPP的热降解机制及其发挥阻燃作用的机理。最后将实验室合成的APP（S-APP）、DOAPP、C-APP分别添加到PP中，制备了具有阻燃效果的PP复合材料，对比研究了PP复合材料的燃烧性能和力学性能。结果表明：DOAPP不仅表现出Ⅱ型APP和磷杂菲基团的晶体结构，还由于DOPO的引入生成了新的晶面，形成具有新型晶体结构的DOAPP；其化学结构是一个含有磷杂菲基团的环状交联结构；DOAPP具有良好的热稳定性，与C-APP、S-APP相比，DOAPP在800℃残余量达到29.7%，有利于提高DOAPP在高聚物中的成炭性；由于磷杂菲基团的引入使DOAPP热降解发生极大变化，其热解过程主要是发生自由基链式反应，进而产生大分子链式解聚和分解反应，释放出大量的不燃气体，有利于稀释聚合物燃烧时释放的可燃气体并阻止其燃烧；DOAPP的接触角达到105°，难溶于水，并且在石蜡中具有良好的相容性以及很好的分散稳定性。PP阻燃复合材料的燃烧性能及力学性能结果表明：当DOAPP的添加量达到30%时，PP的LOI从18.0%上升到35.0%，而且UL-94燃烧等级也达到V-0级别，没有熔融滴落现象，并且PP/DOAPP复合材料的拉伸强度达到30.0MPa，冲击强度达到6.8J/m2，对PP的力学性能并没有明显的影响。对比研究表明DOAPP的阻燃效果及与PP的相容性均优于商业APP及合成APP。