磷氮金屬阻燃劑的制備及其應(yīng)用研究.pdf

1、隨著人們環(huán)保和安全意識的提高，開發(fā)新型無鹵阻燃劑以及通過協(xié)效提高傳統(tǒng)無鹵阻燃劑的阻燃效率正成為未來阻燃的發(fā)展趨勢。本論文針對化學(xué)膨脹型阻燃劑與無機金屬氧化物（金屬氫氧化物）、金屬鹽等協(xié)效阻燃出現(xiàn)的優(yōu)缺點，設(shè)計合成了具有磷、氮、硅阻燃元素的有機金屬阻燃劑，并應(yīng)用于阻燃棉織物及環(huán)氧樹脂研究。
　　本文以二苯基氯化磷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、六水合氯化鎳、1,2-乙二硫醇為主要原料和合成了磷-氮有機金屬阻燃劑中間體N-(二苯基膦基)-1

2、,1-二苯基-N-［3-(三乙氧基甲硅烷)丙基］膦氮配體（PNP）、N-(二苯基膦基)-1,1-二苯基-N-［3-(三乙氧基甲硅烷)丙基］二氯化鎳（PNP-NC）以及磷-氮有機金屬阻燃劑N-(二苯基膦基)-1,1-二苯基-N-［3-(三乙氧基甲硅烷)丙基］乙硫醇鎳（PNP-NS），使用FTIR、1HNMR及31P NMR對PNP、PNP-NC、PNP-NS進行了結(jié)構(gòu)表征，通過單因素水平實驗優(yōu)化了PNP以及PNP-NS的合成工藝條件。并使

3、用熱重分析（TGA）對PNP、PNP-NC、PNP-NS的熱分解行為進行研究，結(jié)果表明PNP具備良好的熱穩(wěn)定性，適合棉織物的焙烘、固化以及環(huán)氧樹脂的固化工藝；PNP-NS由于金屬鎳的催化成炭作用，具備優(yōu)異的成炭能力。
　　其次，本文對經(jīng)PNP和 PNP-NS阻燃整理棉織物的阻燃整理工藝進行優(yōu)化，對經(jīng)PNP和PNP-NS阻燃棉織物在熱分解行為、阻燃性能、燃燒性能以及殘?zhí)窟M行了對比研究。研究表明：增重率為22.7±0.1wt％時，經(jīng)P

4、NP阻燃整理棉織物與經(jīng)PNP-NS阻燃整理棉織物相比，從LOI測試以及MCC測試來看，前者的阻燃性能以及燃燒性能均低于后者，且著火溫度前者也低于后者，這與TG測試的最大失重速率對應(yīng)的溫度變化一致。這些都表明，經(jīng)PNP-NS阻燃整理棉織物的表現(xiàn)更為優(yōu)異。從殘?zhí)康腟EM測試結(jié)果可知，前者燃燒過程中纖維產(chǎn)生的氣體膨脹產(chǎn)生的膨脹型氣泡明顯多于后者，表明后者的炭層更加堅實致密，從Raman的測試結(jié)果可知，后者殘?zhí)康奈⒕С叽绺　?br>　　第三，

5、本文使用阻燃劑PNP和PNP-NS對環(huán)氧樹脂進行了阻燃改性，對經(jīng)PNP和PNP-NS阻燃改性環(huán)氧樹脂的熱分解行為、阻燃性能、燃燒性能以及殘?zhí)窟M行了對比研究。研究表明：經(jīng)PNP阻燃改性環(huán)氧樹脂與經(jīng)PNP-NS阻燃改性環(huán)氧樹脂相比，阻燃劑添加量為5wt%時后者的初始分解溫度低于前者，后者最大分解速率對應(yīng)的溫度出現(xiàn)提前且最大分解速率降低的趨勢，后者在最大熱釋放速率pHRR、總熱釋放THR與未經(jīng)阻燃的環(huán)氧樹脂相比下降的幅度更大，且其最大熱釋放速

6、率對應(yīng)的溫度與前者相比出現(xiàn)了10℃左右的提前，這可能是由于金屬鎳的引入能夠促進阻燃環(huán)氧樹脂熱分解過程中成炭從而顯著降低環(huán)氧樹脂燃燒過程中可燃性氣體的釋放速率以及釋放總量。從殘?zhí)康腟EM可知，經(jīng)PNP阻燃改性環(huán)氧樹脂與經(jīng)PNP-NS阻燃改性環(huán)氧樹脂相比，后者炭層形成了更為有效的屏障以防止外界環(huán)境與阻燃基材之間進行熱與氧交換。從Raman的測試結(jié)果可知，后者形成的炭層具有尺寸更小的微晶結(jié)構(gòu)的炭，這樣的炭層在燃燒過程中的阻燃效率更高。結(jié)合SE

7、M和Raman測試分析可知，經(jīng)PNP-NS阻燃改性后的環(huán)氧樹脂在金屬的催化作用下能形成在阻燃表現(xiàn)上更為優(yōu)異的炭層。阻燃劑添加份數(shù)相同時，經(jīng)PNP阻燃改性環(huán)氧樹脂在LOI測試中表現(xiàn)的更為優(yōu)異。結(jié)合MCC、TG測試過程中后者能夠明顯的降低熱解/燃燒的劇烈程度且最終的殘?zhí)柯矢咭约癝EM、Raman測試過程中后者成炭的質(zhì)量更高等因素綜合考慮，可能經(jīng)PNP阻燃的環(huán)氧樹脂主要由氣相阻燃發(fā)揮作用，而經(jīng)PNP-NS阻燃的環(huán)氧樹脂阻燃過程中凝聚相阻燃機