阻燃剂是指能够提高易燃或可燃物的难燃性、自熄性或消烟性的功能化助剂,是精细化工产品和合成材料的主要助剂之一,对于防止火灾及保障人类社会安全至关重要,阻燃剂在聚合物助剂中的消费量居第二位。但随着现代社会对环保要求的不断提高,发展高效、无毒的聚合物阻燃剂已成为大势所趋。 据此,本论文从分子设计和合成入手,在传统的无卤多组分膨胀型阻燃剂基础上,采用化学反应结合多种阻燃官能团于单分子阻燃剂中,得到单组分膨胀型阻燃剂。将所得新型阻燃剂应用于聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)中,研究膨胀阻燃作用对PBT的阻燃性、热性能和成炭热化学的影响,并最终初步了解其阻燃作用机理。 利用三氯氧磷、季戊四醇(PER)和4,4’-二氨基二苯基甲烷(DDM)合成无卤膨胀型阻燃剂的中间体(PEPA)及其最终产物(P-N IFR),利用FTIR、NMR等方法表征了它们的分子结构,发现P-N IFR中结合了磷、氮等具有膨胀阻燃效果的组分,是一种单分子的膨胀型阻燃剂。分别用PEPA/三聚氰胺氰脲酸酯(MC)和P-N IFR阻燃PBT,利用热重分析(TGA)、示差扫描量热(DSC)、动态红外光谱分析(in-situ FFIR)以及力学、UL94垂直燃烧测试等方法研究了阻燃共混体系的相结构和阻燃性能,并分析其燃烧过程中的成炭化学和阻燃机理。实验结果表明,PEPA/MC协同阻燃体系和P-N IFR阻燃体系与PBT基体树脂均有很好的相容性,其拉伸和缺口冲击强度相比于溴类阻燃体系均有大幅度提高。由TGA、DTG曲线发现P-N IFR阻燃的PBT树脂具有很好的成炭效果,在500℃时其实际炭残留量比理论值大2倍以上,并且成炭速率大大提高。应用动态红外光谱分析阻燃PBT在高温时的成炭化学发现其膨胀阻燃过程与热失重分析相吻合,同时在高温过程由于P-N IFR中DDM基团的存在有利于发生酯间氨解和偶氮化交联作用,提高成炭效果及炭层作用。可以说正是由于新型的单分子膨胀型阻燃剂P-N IFR中各阻燃要素间的良好的热性能匹配和组分匹配,才使得该无卤膨胀阻燃剂取得出色的阻燃效果。