聚膦酸酯阻燃剂的合成及其在PET中的应用研究

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本论文以2-(二苯基膦酰)-1,4-苯二酚(DPO-HQ)、二氯磷酸苯酯(MPCP)和苯基硫代膦酰二氯(TPPD)为原料,采用熔融缩聚的方法制备了两种聚膦酸酯阻燃剂,聚苯氧基膦酸(2-(二苯基膦酰)-1,4-苯二酚)酯(PPFR)和含有硫元素的聚硫代苯基膦酸(2-(二苯基膦酰)-1,4-苯二酚)酯(PPSFR),并优化了反应条件,采用FTIR、1H、31P NMR对目标物进行了结构分析,并用热重分析(TGA)对其进行了热稳定性分析。  通过熔融共混法分别将PPFR和PPSFR用于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)阻燃改性。通过垂直燃烧测试(UL94)、极限氧指数(LOI)、TGA、FTIR、裂解气相质谱(PY/GC-MS)、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电镜(SEM)等技术分析了阻燃PET的阻燃性能与机理。同时采用X射线衍射(XRD)、差式扫描量热仪(DSC)和偏光显微镜(POM)分析了阻燃PET的结晶性能。  研究表明,PPFR和PPSFR的引入可使PET在空气下的初始分解温度升高,延缓PET降解,提高PET的阻燃性。当PPFR和PPSFR添加量分别为5%和3%时,可使PET通过UL94 V-0级,LOI分别达32%和29%,但在相同添加量下,PET/PPSFR的LOI均高于PET/PPFR。这一结果与阻燃剂的结构特点及其在PET热降解过程中的作用机理有关。  通过对阻燃PET在不同温度下的凝聚相和气相裂解产物分析发现,阻燃体系中PPFR在受热分解时磷元素主要以含磷化合物的形式在凝聚相富集,促进基体脱水形成致密、稳定性高的炭层,其气相阻燃作用则很有限。而PPSFR则同时在气相和凝聚相中对PET起到阻燃作用。PPSFR结构中P=S键键能较低,在PET/PPSFR受热分解初期就能够发生断裂,形成大量的S自由基并逸出,它不仅可以与含磷自由基共同捕捉火焰区氢自由基和氢氧自由基,还可通过与氧气结合形成SO2不可燃气体,稀释可燃气体和助燃气体(O2),而PPSFR中磷元素则主要还是以含磷化合物的形式存在于凝聚相中。以上分析说明硫元素对磷系阻燃剂的阻燃作用有增强的作用,且阻燃作用的发挥与阻燃剂的分子结构有关。  结晶性能分析显示,两种聚合型阻燃剂在PET结晶过程中均起到成核剂的作用,使PET结晶速率、结晶度增大。  本文还设计了合成聚苯基膦酸二苯砜酯(PSPPP)的新方法,对溶液缩聚法、相转移催化剂法、氧化法和酯交换法的可行性进行了初步探究。
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