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聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)具有良好的力学性能和电性能且吸水率低,在较高温度下依然能保持其机械性能稳定,使其在汽车零部件、光纤电缆和电子电器中等领域得到广泛应用。但由于纯PBT存在阻燃性较差的缺点,燃烧过程中还存在熔融滴落,因此需要对其进行阻燃改性以满足更加严苛的应用要求。传统含卤素阻燃剂虽然效果好,可是被引燃后会产成有毒物质,使用范围受到限制。建立新型无卤、具有产业化潜力的PBT阻燃体系已成为科研工作者关注的研究热点之一。 本文以常见工业原料亚磷酸二乙酯、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)和4,4-二氨基二苯甲烷(DDM)作为反应物,制备出两种含磷、氮元素的磷酰胺类化合物DDMDEP和DDMDOPO,并将其用于PBT树脂的阻燃改性研究,探究了自制的磷酰胺化合物在不同添加量下对材料性能的影响。通过引入DDMDEP,制备了DDMDEP和AlPi复配改性PBT材料,探究了DDMDEP和AlPi比例对PBT各项性能的影响。本文具体工作内容如下: 1.通过Atherton-Todd反应,制备出两种磷酰胺类化合物DDMDEP和DDMDOPO,产率分别为89%和72%。通过红外光谱(FTIR)、核磁共振波谱(1H-NMR和31P-NMR)和液相色谱-质谱联用(LC-MS)等分析手段对其进行表征,确定了化学结构。TGA测试表明,DDMDEP和DDMDOPO在PBT的加工温度下能保持化学结构稳定。 2.以DDMDEP作为PBT的改性剂,设计了DDMDEP/PBT阻燃体系,并研究了DDMDEP对PBT热性能、阻燃性能和力学性能的影响。TGA测试表明,引入DDMDEP对PBT树脂的热稳定性影响较大,添加15%的DDMDEP将使材料的Td(初始降解温度)下降到317℃,Tmax(最大热降解温度)下降到373℃。DDMDEP对提高PBT氧指数帮助不大,却能大大提高了PBT成炭率,15%添加量的DDMDEP改性后的PBT成炭率是改性前的2.3倍。从炭层的SEM图中看出,DDMDEP促使PBT形成外部致密,内部多孔的炭层结构,在PBT降解过程同时发挥气相和凝聚相的阻燃作用,仅需添加6%的DDMDEP就能解决PBT树脂的熔滴问题。PBT基体在引入DDMDEP后,体系脆性提高,各项力学性能均有不同程度的降低,但是降幅都不大。 3.制备了DDMDOPO阻燃改性的PBT树脂,研究了DDMDOPO在不同添加量下对PBT基体热性能、阻燃性能和力学性能的影响。DDMDOPO对PBT基体的热稳定性影响较小,15%添加量DDMDOPO改性的PBT材料的Tmax和纯PBT树脂相当,但氧指数却有显著的提高,达到35.3%。氧指数结果和残炭的SEM形貌表明,DDMDOPO在PBT基体中主要通过气相发挥阻燃效果,其改性的PBT树脂成炭率较低,在燃烧过程中存在熔滴现象,垂直燃烧等级仅能达到Ⅴ-1级。DDMDOPO由于分子刚性较大,和PBT基体间的相容性不佳,DDMDOPO/PBT体系的各项力学性能比纯PBT下降较多。 4.研究了商业化阻燃剂AlPi对PBT性能的影响。研究表明,AlPi对PBT有较好的阻燃效果,但是改性后的PBT树脂成炭率不高、炭层不连续,存在熔滴现象,阻燃等级达不到Ⅴ-0级。我们在AlPi/PBT阻燃体系的基础上,引入促进成炭的DDMDEP阻燃剂,制备了DDMDEP和AlPi复配改性PBT。研究结果表明,添加总量为15%时,DDMDEP含量提高,PBT的氧指数降低,但体系具有更好的成炭行为和更高的残炭率。当DDMDEP/AlPi比例为1∶4时,改性PBT树脂的氧指数达到29.4%,燃烧时不存在熔滴现象,UL-94等级提高到Ⅴ-0级,炭层内部为蜂窝状结构,外部为致密炭层,能有效发挥屏障作用。此时,改性PBT的各项力学性能下降不多,拉伸强度为39.63 MPa,缺口冲击强度为3.3KJ/m2,材料的综合性能较好。