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聚乙烯醇(PVA)作为产量最大的水溶性高分子材料之一,因具有良好的成膜性、粘接力、机械性能和低毒性而被广泛应用于建筑、交通、家庭装饰等行业。然而它的极限氧指数很低极易燃烧,已不能适应相应领域越来越高的防火安全要求,因此提高聚乙烯醇的阻燃性便成为一个急需解决的重要课题。现有的解决这一问题的方法仍然是通过添加阻燃剂来实现,然而,PVA的现用阻燃剂要么含有卤素,要么添加量很高。卤素阻燃剂不仅面临很大的环境问题而且要添加其它助剂,成本较高;而无机阻燃剂的阻燃效率都较低。因此,研制出PVA新的无卤阻燃体系成为本课题的主要任务。本文从无卤阻燃聚乙烯醇和纺丝液、浆料需要水溶性出发,以氨水和2,2-二甲基1,3-丙二醇磷酸为原料合成了两种新型膨胀型阻燃剂2,2-二甲基1,3-丙二醇磷酸铵(PNOH);同时还合成了一种新型的含有P、N、S三种阻燃元素的阻燃剂2,2-二甲基1,3-丙二醇磷酸磺胺(PSOH)并对它们的合成条件进行了研究;通过红外光谱、核磁共振等方法对合成的产物进行了结构表征。结果表明,PNOH与聚磷酸铵(APP)和有机金属络合物复配在PVA1799中使用时可以形成均一稳定的溶液,同时产品具有很好的阻燃性能。通过大量的实验证明,PSOH与APP互配在PVA1788体系中可以形成一种均一稳定的溶液,同时在CoSA作为催化协效剂时可以使PVA1788具有优异的阻燃性能。研究了大量基于PNOH/APP、PSOH/APP和有机金属络合物的阻燃PVA配方。通过LOI和UL-94测试最终得到了两个阻燃性能较好的配方,85%PVA + 14.5%IFR (7.5%PNOH + 7%APP) + 0.5%NiSAO和85%PVA + 6.5%APP +7.0%PSOH + 0.5%CoSA,氧指数值(LOI)分别为34.2和37.1,同时二者均可达UL-94 V-0级。实验表明有机金属络合物与膨胀阻燃PVA之间存在着一定的协同作用。TGA结果说明阻燃剂和有机金属络合物的加入使PVA的热降解行为发生了变化。不论是在空气中还是在氮气中,膨胀型阻燃PVA的热稳定性都提高了,而且最终的残炭量都大于纯PVA。采用TGA和SEM对PSOH的热稳定性和炭层结构进行分析,结果表明PSOH具有很高的热稳定性和很好的成炭效果。通过各组分热降解残余量的计算,发现实验值都比计算理论值高,表明膨胀型阻燃剂各组分间存在着协同阻燃的效果。采用SEM、FTIR、XPS等分析测试方法,对膨胀型阻燃PVA和有机金属络合物的阻燃机理进行了研究。结果表明IFR-PVA/NiSAO在燃烧时都可以形成较好的膨胀炭层。P/C、O/C、N/C元素浓度比率的变化表明,有机金属络合物改变了成炭过程而使得阻燃性能提高。PSOH/APP膨胀型阻燃剂主要通过受热分解在表面生成多孔的致密膨胀炭层,起到隔绝热、氧及可燃性气体产物。力学性能测试结果表明IFR-PVA/NiSAO的拉伸强度和断裂伸长率相比于纯的PVA都得到了提高,分别提高了14.9%和33.3%;PSOH/APP/ CoSA的力学性能与纯的PVA差别不大。