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聚酰胺材料具有优异的综合性能,在机械、电子电气、通讯、家电、汽车、轨道交通、航空航天等领域中应用广泛,经过近几十年的发展,已经成为工程塑料之中产量最大、品种最多、用途最广的基础性材料。但是聚酰胺材料存在严重的潜在火灾危险性,其易燃性和燃烧时伴随的有焰熔滴会导致火灾的迅速扩大,造成难以挽回的损失。目前,在聚酰胺材料中使用的阻燃剂主要是含卤化合物,研究发现这类阻燃剂对于自然环境和人类身体健康存在巨大的安全隐患,因此对阻燃剂进行无卤化的研究十分契合当代的绿色发展理念。在无卤阻燃剂中,磷系阻燃剂在阻燃效果和燃烧毒性等方面都表现出色,但此类阻燃剂在聚酰胺材料中的应用也存在如下问题:当前的磷系阻燃剂阻燃效率不高,而高添加量又会恶化材料的力学性能,尤其对小型化、薄型化的制件极其不利;当前在聚酰胺材料中研究较多的磷系阻燃剂,大多都是无机化合物,在界面相容性上与基体材料存在缺陷;聚酰胺材料的加工条件较为严苛,能够应用于其中的磷系阻燃剂种类较少。本论文在概括高分子材料燃烧行为与阻燃的基本理论和聚酰胺材料阻燃研究成果的基础上,通过无机物表面改性、有机分子设计和有机/无机纳米复合技术,合成了几种含磷化合物并用于制备阻燃聚酰胺复合材料,研究并分析这些含磷化合物对材料热性能和燃烧性能的影响,并进一步探究其阻燃机理。主要研究工作如下:1.分别选取MCA和MMA-GMA为囊材制备了具有不同囊材含量的MCAHP,通过FTIR、TGA、SEM等测试方法研究了 MCAHP的结构与性能之间的关系,结果表明囊材的存在能够有效抑制AHP的热分解,延迟易燃易爆的有毒气体PH3的释放,提高了 AHP阻燃剂的安全性。将上述MCAHP共混入PA6中,研究其对材料阻燃性能的影响,结果表明囊材MCA受热分解产生大量惰性气体,能够与AHP发挥出显著的气相与凝聚相的协同阻燃作用,表现出优异的阻燃效果;而囊材MMA-GMA在热分解过程中能够形成炭层覆盖在AHP表面,抑制了 AHP分解产生的磷酸类物质对于PA6基体的催化成炭作用,降低了阻燃剂的阻燃效率。2.选取含有羧基的新型有机次膦酸CEPPA与乙二胺合成出含有酰胺键的氨基次膦酸CEPPE,然后将这两种有机次膦酸通过共沉淀反应合成出两种新型的有机次膦酸铝CEPPA-Al和CEPPE-Al,并通过FTIR、NMR和SEM表征其组成、结构和形貌。采用TGA研究其热稳定性,结果表明这两种有机次膦酸铝的初始分解温度都在290℃以上,能够满足240℃左右的PA6加工温度,并且含有酰胺键的CEPPE-Al热稳定性更高,且表现出更高的残炭量。在PA6的阻燃改性中,CEPPE-Al由于磷氮协同阻燃效应,相比于CEPPA-Al具有更好的催化成炭能力,在PA6复合材料中的阻燃效果也更突出。3.将亚磷酸与仲胺单体PD和PIP分别通过Mannich反应,合成相应的有机单膦酸和双膦酸。将这两种有机膦酸通过氟配位法合成出两种具有不同层状结构的纳米层状有机磷酸锆,并通过FTIR、NMR、XRD、SEM、TGA等研究了其结构与热稳定性,结果表明这两种有机磷酸锆具有典型的纳米层状结构,且其初始热分解温度都达到了 390℃以上,能够满足PA6的加工温度。采用熔融共混法将层状有机磷酸锆均匀分散在PA6基体中,采用TGA、LOI、UL-94、Cone等研究其热性能与阻燃性能,结果表明有机磷酸锆的片层结构能够使PA6的热降解推迟,提高其热稳定性;同时有机磷酸锆PD-ZrP显著提高了 PA6的点燃时间,同时降低了其热释放速率,这主要是由于其单片层结构的物理阻隔效应,以及PD-ZrP片层表面的有机官能团热分解后产生的磷酸根易与基体接触,能够充分发挥其催化作用而增强其在凝聚相中的阻燃作用,而PIP-ZrP具有双片层的结构,热分解后表面的磷酸根存在于双片层之间,不易与基体接触,无法充分发挥其催化作用,故其阻燃效果要低于单片层的PD-ZrP。4.以DOPO、BPOD和MPCP这三种含磷化合物为基础,合成四种不同结构的磷酰胺化合物。通过FTIR、NMR、TGA等研究了这四种磷酰胺化合物的结构与热稳定性,结果表明都具有较高的热稳定性,能够适用于PA6的加工条件。采用熔融共混法将这四种磷酰胺化合物用于制备阻燃PA6复合材料,并利用TGA、LOI、UL-94、Cone等研究了其热危险性与阻燃性能,结果表明虽然这些磷酰胺化合物能够促使PA6基体提前降解,但其阻燃效率却很高:其中DOPO2-EDA、PPA-1和PPA-3三种磷酰胺化合物在10 wt%的添加量下就能使阻燃PA6复合材料达到UL-94 V-0级别。通过TGA-FTIR、Raman等对阻燃PA6复合材料气相产物和凝聚相产物进行分析,结果表明这类磷酰胺化合物主要体现出气相阻燃机理。5.采用DDP、PIP和PPD通过界面缩聚法合成侧链含有DOPO基团、主链中含有PIP和PPD结构的本质阻燃共聚酰胺。通过FTIR、NMR、TGA、DSC等研究了共聚酰胺的结构与热性能,结果表明DDP、PIP和PPD结构的引入,使得共聚酰胺在氮气条件下的热稳定性降低,但却提高了其在空气条件下的热稳定性;同时这些结构的存在破坏了共聚酰胺分子链的规整性,使共聚酰胺的Tm、Tc和Xc都表现出降低的趋势。通过LOI和MCC测试研究了共聚酰胺的阻燃性能,结果表明DDP含量的逐渐增加使共聚酰胺的阻燃性能得以提高,同时DDP分别与PIP或PPD在共聚酰胺中表现出优异的协效阻燃作用。通过TGA-FTIR分析了共聚酰胺的气相产物,结果表明DDP能够降低共聚酰胺气相产物中碳氢化合物和环戊酮的生成量,而PIP或PPD能够显著抑制环戊酮的生成,因而促使DDP与PIP或PPD具有很好的协同阻燃作用。