环三磷腈类阻燃剂的合成及应用研究进展

简要介绍了制备环三磷腈类阻燃剂所需起始原料六氯环三磷腈的合成方法、合成及取代反应机理;介绍了环三磷腈阻燃剂的阻燃机理;着重阐述了近20年间反应型的羟基/氨基环三磷腈、环氧基环三磷腈、含不饱和双键的环三磷腈、羧基环三磷腈阻燃剂,以及添加型烷氧基环三磷腈、芳氧基环三磷腈的合成及阻燃应用,同时综述了其应用材料的热稳定性能和阻燃性能,并对其发展趋势作了总结和展望。     

含磷/氮/硫环交联磷腈微纳米管的合成及对环氧树脂的阻燃作用

采用原位模板法,以六氯环三磷腈(HCCP)和二羟基二苯砜(BPS)为原料合成了一种环状交联型不溶不熔的磷腈大分子——聚环三磷腈-二羟基二苯砜(PZS)微纳米管,研究了PZS对环氧树脂(EP)的阻燃作用及阻燃机理.利用红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)对PZS微纳米管进行了表征;采用热重分析(TG)考察了EP/PZS阻燃材料的热稳定性,并通过极限氧指数(LOI)和微型量热分析(MCC)测试了EP/PZS的阻燃性能.热降解实验结果表明,PZS微纳米管的加入使环氧树脂热降解温度降低,但残炭率显著提高.PZS微纳米管可以显著提高环氧树脂的阻燃性能,当阻燃剂添加量为5%时,环氧树脂的残炭率提高了46%,热释放速率峰值降低了约40%;LOI值从纯环氧树脂的26.0%提高到了30.6%.PZS微纳米管的加入还增强了环氧树脂的力学强度.阻燃性能的显著提高和力学性能的改善归因于PZS微纳米管在环氧树脂基体中的良好分散,以及燃烧炭化过程中生成的石墨化程度较高的类石墨烯结构的残炭,具有较高的抗氧化能力.研究结果表明,PZS微纳米管是一种优良、高效的具有潜在应用价值的阻燃剂.     

磷腈化合物阻燃高分子材料研究进展

磷腈化合物是一类骨架由磷、氮单双键交替排列而成,侧基由有机基团组成的有机-无机化合物.由于其结构特殊、性能优异而被应用于防火阻燃、生物医用、高分子导体及液晶、燃料及催化剂等各种领域.磷腈有高含量的磷、氮元素,因而具有优异的阻燃性能.近年来,环三磷腈阻燃剂被越来越广泛地应用于高分子阻燃材料中.本文阐述了近10年来具有不同取代基的环三磷腈阻燃剂的合成及应用,重点介绍了其对环氧树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚烯烃、聚酯等高分子材料的阻燃性能及热稳定性的影响,并对其影响规律和阻燃机理进行了总结,对其应用前景进行了展望.     

环交联聚磷腈微球的合成及阻燃聚碳酸酯的研究

本文合成了一种环状交联型不溶、不熔的聚(环三磷腈-二羟基二苯砜)微球(PZS)并应用于聚碳酸酯(PC)的阻燃.通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)以及透射电子显微镜(TEM)对PZS微球进行表征;热重分析(TG)探究聚碳酸酯复合材料的热稳定性,并通过极限氧指数测试(LOI)和锥形量热(CONE)表征其阻燃性能.TG结果表明,PZS微球具有良好的热稳定性及优异的成炭能力.燃烧测试结果表明,PZS微球可以显著提高聚碳酸酯的阻燃性能.当阻燃剂添加量为5%时,LOI值从纯PC的27.4%提高到了31.5%.锥形量热实验结果表明,PZS微球的加入使得复合材料的热释放速率、总放热量以及平均质量损失速率显著降低,材料的点燃时间显著延长.通过扫描电镜和红外光谱对残炭进行分析,结果显示PZS微球在燃烧过程中产生磷酸类物质,促进PC基体交联炭化,在外表面生成致密炭层,从而起到隔热隔氧的阻燃效果.     

石墨烯负载离子液体的制备及其与六苯氧基环三磷腈协效阻燃环氧树脂的性能研究

本文以可膨胀石墨(EG)和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体([BMIM]PF_6)为原料,在去离子水中通过绿色、简单的球磨法成功制备出了石墨烯负载离子液体杂化物(GnP@ILs),并对其结构组成进行表征.将GnP@ILs单独或与六苯氧基环三磷腈(HPCTP)混合加入到环氧树脂(EP)中,研究其对EP复合材料综合性能的影响.极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)和锥形量热测试结果表明,GnP@ILs能提高EP复合材料的阻燃性能,同时与HPCTP复配的EP复合材料(EP/7.2wt%HPCTP/1.8wt%GnP@ILs)的阻燃性能最好,LOI达到33.8%,并通过了UL-94V 0级.EP/7.2wt%HPCTP/1.8wt%GnP@ILs的热释放速率峰值和总热释放量分别降低了55.54%和44.28%.同时,[BMIM]PF_6的加入增强了阻燃剂与EP的界面相容性,EP复合材料的拉伸强度和抗冲强度均明显提高.     

星型绿色磷腈阻燃剂的制备及阻燃环氧树脂性能

从分子结构设计出发,以六氯环三磷腈、对羟基苯甲醛、三氯氧磷及新戊二醇等为原料,制备了一种新型阻燃剂六[4-(5,5-二甲基-1,3,2-二氧杂己内磷酰基)苯氧基]环三磷腈(HDDCPPCP),并将其与聚磷酸铵(APP)和多壁碳纳米管(MWCNT)复配,应用于环氧树脂(EP)中,制备了HDDCPPCP/APP/MWCNT/EP阻燃复合材料.利用极限氧指数(LOI)、水平燃烧(UL-94)、锥形量热(CONE)、拉伸、弯曲和冲击等方法研究该阻燃复合材料的燃烧性能、热性能及力学性能.实验结果表明,保持阻燃体系总质量分数为30%,当MWCNT质量分数为2%时,EP2(HDDCPPCP/APP/MWCNT/EP)的各项燃烧参数综合表现较好,其LOI值达到42. 8%,热释放速率峰值(pk-HRR)、热释放速率平均值(av-HRR)、有效燃烧热平均值(av-EHC)及一氧化碳释放率平均值(av-CO)相对EP0分别降低92. 5%,93. 0%,65. 2%和66. 6%,呈现出良好的阻燃、抑烟和抑毒性能; EP2的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度和弯曲模量较好,分别为110. 46 MPa,6. 24%,1259. 99 MPa,377. 72 MPa.     

含烯丙基六苯氧基环三磷腈的合成及其在阻燃丙烯酸酯树脂中的应用

以六氯环三磷腈（HCCP）、苯酚和2-烯丙基苯酚为原料,合成了新型含烯丙基的环磷腈阻燃单体（2-烯丙基苯氧基）五苯氧基环三磷腈（APPCP),用红外光谱、核磁氢谱、质谱和元素分析表征其组成和结构。 将APPCP与丙烯酸酯单体共聚制备了阻燃丙烯酸酯树脂,测试了共聚丙烯酸酯树脂的热稳定性和阻燃性,当APPCP用量为20%时,共聚丙烯酸酯树脂燃烧等级（UL-94）可达V-0级,极限氧指数（LOI）高达31.2%,在空气中600 ℃时残留质量提高至23.2%。     

聚磷腈微球的制备及其阻燃PET的研究

采用沉淀聚合法制备聚环三磷腈-co-(3,4-二羟基苯甲酸)(Poly(HCCP-co-PCA))微球,通过傅里叶变换红外光谱、扫描电镜和热重分析等测试手段对其进行表征,研究单体摩尔比对微球的结构、微观形貌以及热稳定性的影响,其中n(HCCP)/n(PCA)为1/0.5时,聚磷腈微球的粒径较为均一,分散均匀,直径为1.5μm左右,并且具有优异的热稳定性和成炭性能。采用熔融共混法制备PET/Poly(HCCP-co-PCA)复合材料,研究Poly(HCCP-co-PCA)的用量对复合材料阻燃性能的影响,并探究其阻燃机理。结果表明,随着Poly(HCCP-co-PCA)含量的增加,复合材料的阻燃性能明显提高。当Poly(HCCP-co-PCA)添加量为1.5(wt)%时,复合材料通过UL 94-V0等级测试,极限氧指数为28.8%,并且热释放速率峰值和总热释放量分别降低了75.26%和69.07%。其阻燃原理主要是燃烧时生成炭层较多,起到较好隔绝效果,同时产生不可燃气体,进一步提升阻燃效果。     

聚丙烯酰胺-g-聚苯胺的导电水凝胶的制备及性能研究

通过两步聚合得到既具有良好力学强度又具有优良导电性能的聚丙烯酰胺-g-聚苯胺复合水凝胶.首先,丙烯酰胺和N-(4-氨苯基)丙烯酰胺在钴源γ-射线辐照下共聚形成聚丙烯酰胺水凝胶;然后,苯胺在具有微观多孔结构的聚丙烯酰胺凝胶中吸附,在过硫酸铵的作用下与凝胶的苯胺侧基发生接枝聚合,得到聚丙烯酰胺-g-聚苯胺水凝胶,并形成聚苯胺连续导电通道.改变辐照时间和辐照剂量率,所获得的聚丙烯酰胺水凝胶的凝胶分数随着辐照剂量的增加逐渐增大,而溶胀率随着辐照剂量的增加呈先增后减的趋势,表明凝胶的交联程度随辐照剂量呈规律性变化;辐照交联聚合的单体浓度对凝胶的性能,如溶胀率、微观结构和机械性能等也有影响.酸掺杂后,聚丙烯酰胺-g-聚苯胺复合凝胶的电导率达到9 S/m.     

新型树状单分子磷-氮膨胀阻燃剂的合成及阻燃性能研究

以六氯环三磷腈、对羟基苯甲醚、新戊二醇以及三氯氧磷等为原料, 合成一种新型树状单分子磷-氮膨胀阻燃剂六(4-(5,5-二甲基-1,3-二氧杂环己内磷酸酯基苯氧基))环三磷腈(Ⅵ). 标题化合物结构经IR、MS 及¹H NMR 证实. 热失重分析表明标题化合物具有较高的热稳定性和良好的成炭性, 氮气氛下的起始分解温度为270 ℃, 600 ℃时炭残余量达45.2%. 实验表明, 标题化合物对环氧树脂呈现出良好的阻燃效果.     

聚乙烯导热复合材料的电子束辐照改性

将低密度聚乙烯(LDPE)、氧化铝(Al₂O₃)和纳米二氧化硅(SiO₂)进行熔融共混,再通过电子束辐照对得到的材料进行改性,得到了同时具有高导热性能和力学性能的复合材料(PE-Al-Si)。 当纳米SiO₂的质量分数为1%,电子束辐照剂量为120 kGy时,与不含SiO₂的复合材料(PE-Al)相比,PE-Al-Si的导热系数达到了0.759 W/(m·K),提高了22%。 另外,PE-Al-Si的拉伸强度比PE-Al提高了17%。 证明SiO₂不仅可以改善复合材料的力学性能,同时还提高了辐照效率及复合材料的导热性能。     

大剂量范围电子束辐照超高分子量聚乙烯纤维结构与性能研究

采用高能电子束辐照方法获得了一系列从20kGy到1000kGy大剂量辐照范围的超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE fiber)。通过凝胶含量测试和溶胶流变性能测试定性和定量表征了辐照过程的交联和裂解效应,利用差示扫描量热仪(DSC)和X射线衍射仪(XRD)表征了辐照产物的结晶性能,并且利用热机械分析仪(TMA)表征了辐照纤维在高温恒温条件下的热尺寸稳定性。结果表明,高能电子束辐照对于UHMWPE纤维具有交联和裂解两种作用;大剂量辐照下会造成纤维熔点和熔融热焓降低,法线方向晶粒平均尺寸有明显变小;辐照交联大大提高了纤维的热尺寸稳定性。     

六对羧基苯氧基环三磷腈的合成及其热性能

羧基苯氧基磷腈及其衍生物由于具有优良的生物活性并能降解成无毒产物,因而在生物医用材料的应用上潜力巨大。本文采用两步法合成了六对羧基苯氧基环三磷腈(HCPCP),首先以六氯环三磷腈和对羟基苯甲醛为原料,采用亲核取代反应制得六对醛基苯氧基环三磷腈（HAPCP）,再用KMnO4氧化法合成HCPCP。通过红外光谱、高效液相色谱、核磁共振及元素分析等确证了产物的结构;用TGA和DSC对其热性能进行了研究。     

聚[(2-氯二乙氧基)x(三氟乙氧基)2-x]磷腈制备及核磁共振谱分析

以2-氯乙氧基乙醇、三氟乙醇和六氯环三聚磷腈为原料,合成2-氯二乙氧基和三氟乙氧基的混合取代聚磷腈。利用31P NMR对反应过程和聚合物的纯化过程进行跟踪,提供了六氯环三聚磷腈、聚二氯磷腈、以及这两种物质的2-氯二乙氧基、三氟乙氧基单一取代和共混取代产物的31P NMR谱图,并通过对这些核磁共振谱数据的对比分析。研究了聚合、取代反应进程和聚合物的提纯程度,建立了用31P NMR对其取代反应和纯化过程进行监测的方法。在以85%H3PO4为外标时,六氯环三聚磷腈的共振峰为δΡ21.30,聚二氯磷腈为δΡ16.61,三氟乙氧基取代环三聚磷腈是δΡ17.97,2-氯二乙氧基在不同位置上取代环三聚磷腈的共振峰是δΡ20.90、δΡ20.48和δΡ12.86处的三连峰,δΡ20.10、δΡ19.65和δΡ8.72处的五连峰则是2-氯二乙氧基和三氟乙氧基在不同位置上取代环三聚磷腈的共振峰,聚[(2-氯二乙氧基)x(三氟乙氧基)2-x]磷腈的共振峰是一个宽峰δΡ7.25。此外,δΡ-7.22对应聚二(2-氯二乙氧基)磷腈,δP-6.88对应聚二(三氟乙氧基)磷腈。对六氯环三聚磷腈和聚二氯磷腈而言,三氟乙氧基都是一种强的亲核取代基团,能够完全取代其上的氯,且取代产物易于通过丙酮-苯的溶解沉淀法去除小分子杂质而得到纯化,而2-氯二乙氧基能完全取代聚二氯磷腈上的氯,但对六氯环三聚磷腈只能部分取代,且须通过更多次的溶解沉淀才能从聚合物中去除杂质。     

芴基聚磷腈微球的制备及其对苯并噁嗪树脂阻燃性能的影响

以六氯环三磷腈(HCCP)和4,4′-(9-芴)二苯酚为原料,通过超声辅助沉淀聚合制备芴基聚磷腈(PZFP)微球,并将其用于双酚A型苯并噁嗪树脂(PBa)的阻燃改性.热重分析仪(TGA)、锥型量热仪(CONE)和动态热机械分析仪(DMA)测试结果表明,PZFP可提高PBa热降解后残留量,并能显著降低热释放速率(HRR),延长点燃时间(TTI),提高火灾性能指数(FPI),起到良好的阻燃作用.其中,PBa/PZFP-10%具有最佳阻燃性能.与纯PBa相比,PBa/PZFP-10%的HRR值由566 k W/m2降低到214 k W/m2,玻璃化转变温度(Tg)和储能模量略有提高.纯PBa和PBa/PZFP-10%的Tg分别为222和226°C.PBa/PZFP-10%复合材料的CONE测试后炭层扫描电镜(SEM)和热重-红外联用(TG-FTIR)结果显示,PZFP在PBa燃烧过程中,可以促进PBa主链和侧基交联成炭,形成外表面致密和内部多孔结构的凝聚相;PZFP本身热解产物部分参与凝聚相形成过程,仍有少量逸到气相中阻碍或终止气相燃烧循环.PZFP在PBa基体中起到凝聚相和气相阻燃机理协同作用.     

新型环三磷腈大分子的合成与性能研究

以六对羧基苯氧基环三磷腈为原料,通过羧基活化与缩合反应合成了一种新型的环三磷腈生物大分子(1),其结构经1H NMR,13C NMR,IR和MS表征。用UV,分子荧光光谱仪和共聚焦激光显微镜研究了1的水解性能和荧光性能。结果表明,1既具有生物可降解性,又具有荧光特性。     

聚磷腈荧光纳米纤维用于选择性检测液相中苦味酸的研究

以六氯环三磷腈和4,4'-二羟基二苯砜为单体,通过一步沉淀聚合制备了环交联型聚磷腈荧光纳米纤维(PZS-NF),对其化学结构、形貌、热稳定性及荧光特性进行了表征;进一步以PZS-NF为荧光化学传感器,研究了其检测液相中苦味酸(PA)的性能,并探讨了检测机理.结果表明:PZS-NF的平均直径为80 nm,高度交联的有机-无机杂化结构赋予了其优异的热稳定性;纳米纤维在369 nm紫外光的激发下,在433 nm具有显著的荧光特性,对液相中的PA表现出了高灵敏、高效和高选择性的荧光猝灭响应;优异的检测性能缘于PZS-NF结构中具有大量富电子的氮原子,通过酸碱相互作用将PA分子富集到纳米纤维表面,从而有效促进了PZSNF与PA之间形成非荧光基态配合物,同时有利于PZS-NF向PA发生激发态能量转移.     

磺化聚磷腈微球的制备及其乳化性能

以六氯环三磷腈(HCCP)和4,4′-二羟基二苯砜(BPS)为单体,通过一步沉淀共聚法制备了环交联型聚磷腈(PZS)微球,然后利用浓硫酸对其进行改性得到磺化聚磷腈(SPZS)微球。通过红外光谱、X射线光电子能谱、水接触角测试和扫描电子显微镜对SPZS微球的结构、亲-疏水性和形貌进行了表征。通过数码照片、光学显微镜、荧光显微镜等方法研究了SPZS微球的乳化性能,并通过油相固化的方式考察了微球在油-水界面的形貌。结果表明:磺化改性有效改善了聚磷腈微球的亲水性;SPZS微球可长效稳定多种油-水体系,形成细腻的水包油型Pickering乳液;SPZS微球吸附于油-水界面上形成了致密的粒子膜,有效阻止了乳液滴的聚并;SPZS微球的浓度、油水体积比及NaCl浓度均会影响乳化效果。     

紫外光辐照高温熔融态聚乙烯的结构与性能

采用螺杆均化段料筒可装设透明石英玻璃的双螺杆挤出机作为反应挤出装置,通过改变喂料量、二苯甲酮(BP)含量和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)含量三个参数,得到不同交联程度的新型聚乙烯材料。紫外光辐照聚乙烯反应挤出后,产物发生了交联,交联产物为假塑性流体,随着剪切速率的增加,表观黏度减小。交联结构的存在使产物的熔体强度有了很大的提升,达7.76 cN,极大的改善了LDPE在高温下的加工性能。     

有机PTC复合材料的交联效应

讨论了有机ＰＴＣ导电复合材料经高能射线辐照交联的条件。通过实验，分析了氧气氛对交联的影响、辐照剂量对结晶度的影响和交联对材料的电阻－温度曲线的影响。