丙烯酸酯乳液因具有优异的耐候性、成膜性以及环保等优点,常以涂料和粘合剂的产品形式被应用于纺织、建筑、造纸等行业中。聚丙烯酸酯作为一种易燃聚合物,在纺织、造纸等易燃材料领域应用时存在较大的火灾安全隐患,因此许多实际应用场景要求丙烯酸酯树脂具备优良的阻燃性能。例如在内燃机滤清器产业中,丙烯酸酯乳液作为增强树脂应用于空气过滤纸的生产加工,必须具备良好的阻燃性能以保证滤清器的安全使用要求。丙烯酸酯乳液的阻燃改性方法主要有向丙烯酸酯乳液中直接添加阻燃剂或是选择阻燃单体参与共聚将其引入高分子链段中。前者通常阻燃剂添加量大,会对乳液胶膜的力学强度和外观产生严重的负面影响,难以满足材料的综合性能要求。后者将阻燃元素引入分子结构中可有效提高聚合物的阻燃效率,但目前的相关研究多因阻燃单体转化率低,使制备的聚合物中含磷量有限,阻燃性能提升效果不明显。因此,本文通过设计并合成反应型含磷丙烯酸酯单体,优化单体的合成工艺并将其用于制备阻燃型丙烯酸酯乳液,同时研究了含磷丙烯酸酯共聚乳液在制备阻燃空气滤纸上的初步应用。具体研究内容如下:首先,以甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)与五氧化二磷(P2O5)为原料,通过对酯化反应、酯交换反应和水解反应三个不同反应阶段的条件优化,制备得到可聚合的功能性单体——甲基丙烯酸-β-羟乙酯磷酸酯(PMOE)。红外光谱(FT-IR)测试结果显示产物包含所期待的官能团结构,利用双指示剂电位滴定法确定产物组分的磷酸含量仅为6.94%,总体酯化率可达93.10%,其中磷酸单酯的含量可达58.80%。其次,以MMA、MAA、BA、NMA及磷酸酯功能单体PMOE为共聚单体,采用预乳化种子半连续乳液聚合的方法制备P-PA含磷丙烯酸酯共聚乳液。考察了复合乳化剂的比例和乳化剂用量、交联单体用量、链转移剂用量、中和剂的种类和用量以及含磷单体PMOE用量对乳液聚合稳定性、乳胶膜吸水率和阻燃性的影响。并通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)、极限氧指数测定(LOI)和扫描电镜(SEM)等测试方法对乳胶膜的结构、热性能和阻燃性能进行了测试和表征。结果表明,当乳化剂配比即m(SDS):m(NP-10)=1:1,交联单体用3wt%,链转移剂为0.8wt%,中和剂氢氧化钙用量为PMOE单体用量8wt%,链转移剂用量为0.8wt%时可制备转化率为97.71%的含磷丙烯酸酯共聚乳液。当PMOE含量不超过40wt%时,P-PA乳液同时具有优异的机械稳定性,离子稳定性和储存稳定性。同时随着含磷量的提高,P-PA树脂的阻燃性能不断提高,当PMOE单体用量达30.0wt%时,LOI可达到29.5%,垂直燃烧水平达到UL-94测试的V0级,当PMOE单体含量为40wt%时,热失重700℃下的残炭率达到55.1wt%。SEM结果观察显示P-PA树脂燃烧产物表面呈现出致密紧凑的炭层结构,隔氧隔热的碳层起到了凝聚相阻燃的作用。最后,将得到的含磷丙烯酸乳液应用于阻燃滤纸的制备,主要考察了中和剂种类、交联剂用量和树脂含磷量对浸渍滤纸力学性能、阻燃性能和过滤性能的影响。结果表明,以氢氧化钙作为中和剂调节乳液pH至中性,添加8wt%的MF树脂与乳液复配形成共混体系后浸渍滤纸时,制备得到的滤纸力学性能最优且发挥出磷氮协效阻燃效应。对不同含磷量的阻燃滤纸进行燃烧实验测试,实验结果表明当P-PA共聚乳液中PMOE单体含量达到50wt%,60wt%和70wt%时,制备的阻燃滤纸试样可以分别达到水平阻燃的B类标准,表面点燃法的F1级标准和垂直燃烧实验的阻燃标准。并且阻燃空气滤纸中的纤维能够被树脂膜均匀包覆,滤纸仍可保持良好的孔隙结构。