黄李胜
广州合成材料研究院有限公司 510665
摘要：本实验以苯基膦酰二氯和对苯二胺为原料，合成了一种新型大分子的磷氮阻燃剂聚苯基膦酰对苯二胺（PDPPD），该化合物具有适宜的熔程，易于熔融共混分散在热塑性聚合物中。将PDPPD加到PC中，研究了该阻燃剂对PC的阻燃效果。
关键词 : 磷氮阻燃剂；合成；聚碳酸酯
1 实验部分
1.1 原料与助剂
苯基磷酰二氯（DCPPO），工业级，上海凯赛化工有限公司；
对苯二胺，分析纯，天津市光复精细化工研究所；
苯，分析纯，天津市百世化工有限公司；
三乙胺（TEA），分析纯，天津市光复精细化工研究所；
聚碳酸酯（PC），PC2805，工业级，德国拜耳公司；
聚苯基膦酰对苯二胺（PDPPD），阻燃剂，自制。
1.2 仪器与设备
红外光谱仪（FT-IR），美国PE公司；
热重分析仪，Pyris 1，美国PE公司；
转矩流变仪，RM-200A，哈博电气制造公司；
水平垂直燃烧测定仪，CZF-3，江苏省江宁县分析仪器厂；
氧指数测定仪，JF-3，江苏省江宁县分析仪器厂。
1.3 阻燃剂的制备过程
在装有温度计、搅拌器、恒压滴液漏斗和回流冷凝管的250 ml四口瓶中加入60 ml苯、13 ml三乙胺及3.244 g（0.03 mol）对苯二胺。在冰水浴条件下，0.025 mol苯基膦酰二氯用20 ml的苯稀释后，用恒压滴液漏斗进行缓慢滴加，2 h后滴加完毕，然后升温回流5 h。反应结束后进行抽滤，固体依次用水、乙醚洗涤，烘干后呈灰白色粉末状。
1.4 阻燃PC的制备
将PC在105℃的鼓风干燥箱中烘干12 h，阻燃剂PDPPD在80℃下烘干12 h。将PC、PDPPD按设计配比在转矩流变仪中加热熔融混合均匀，取出后压片，制成标准试样进行性能测试。
1.5 性能测试
采用红外光谱仪对PDPPD进行FT-IR 分析，KBr压片；采用核磁共振仪对PDPPD进行1H NMR分析，氘代DMSO做溶剂；通过TG分析PDPPD热分解情况，氮气保护，以10℃/min的速率升温；极限氧指数按GB/T 2406— 1993进行测试；水平垂直燃烧性能按GB/T 2408— 1996进行测试；阻燃PC的热降解行为采用TG分析，氮气保护，以10℃/min的速率升温。
2 结果与讨论
2.1 阻燃剂PDPPD的结构表征及热性能分析
图1为PDPPD的红外光谱图。从谱图中可以看出，在3 366.31 cm-1和3 203.80 cm-1处有较强的吸收峰，这两个峰归属为N–H的伸缩振动吸收峰；1 510.00cm-1是N–Ar的伸缩振动吸收峰，1 214.68 cm-1是P=O的伸缩振动吸收峰，932.22 cm-1归属为P–N的特征伸缩振动吸收峰，这充分说明了苯基膦酰二氯和对苯二胺之间发生了聚合反应。
图3为阻燃剂PDPPD的TGA-DTG曲线。从图3可以看出，PDPPD的起始分解温度为281℃，说明该阻燃剂具有良好的热稳定性，能满足大多数聚合物的加工温度。当温度升高到800℃时，该阻燃剂仍有31.5％的残炭率，说明该阻燃剂有很好的成炭性。
2.2 PDPPD的阻燃性能
表1为添加了不同阻燃剂的PC的阻燃性能。从表1可以看出，纯PC的氧指数（OI）为28%；当加入1%的PDPPD后，体系的OI提高到了29.9% ；当加入3%的PDPPD时，体系的OI得到了显著的提高，达到了33.2%，体系中P-N的协效作用使该阻燃剂对PC产生了显著的阻燃作用，减缓了火焰传播速度，提高了PC的阻燃性能。
表1 不同阻燃剂添加量的PC的阻燃性能 %
图4和图5为不同阻燃剂添加量的PC的TGA和DTG曲线，表2分别列出了阻燃剂PDPPD和不同阻燃剂添加量的阻燃PC的热稳定性数据。从表2可以看出，PDPPD的热分解温度为281℃，能完全满足PC的加工温度条件(通常PC的加工温度为220~260℃左右)。纯PC的热分解温度为512℃，加入阻燃剂后，PC失重5%时的温度和最大失重速率时的温度（T max）降低较明显。从图4、图5和表2可以看出，在PC中加入配方中所述的阻燃剂，800℃的残炭率比纯PC要低，因此阻燃剂的加入并不能增加PC的残炭率；但在PC中加入PDPPD后，PDPPD的分解产物能够促进PC的分解，从而降低PC的分解温度。
表2 试样在N2氛围中的热稳定参数
3 结论
（1）以苯基膦酰二氯和对苯二胺为原料，成功合成了一种新型大分子磷氮阻燃剂PDPPD，其结构通过红外和核磁表征得到确认。经TG分析表明：该阻燃剂有良好的热稳定性。
（2）将PDPPD添加到PC中，提高了材料的阻燃性能，当添加3%的阻燃剂时，PC的OI可以达到33.2%。
参考文献：
[1]郝建薇, 刘国胜, 杜建新,等. 聚磷酸铵表面处理及阻燃聚丙烯应用研究[J]. 北京理工大学学报，2009,29(6):557-559．
[2]刘渊, 贾润礼,柳学义. 聚磷酸铵阻燃聚乙烯的研究[J]. 塑料,2007,36(3): 24-26.
[3]欧育湘, 李建军. 阻燃剂性能、制造及应用[M]. 北京:化学工业出版社,2006: 235.
论文作者:黄李胜
论文发表刊物:《探索科学》2016年5期
论文发表时间:2016/9/5
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