无卤磷氮阻燃剂的合成及在PC阻燃中的应用

 

在全社会越来越提倡使用无卤阻燃材料的今天,DOPO作为一种新型的磷系阻燃剂中间体,也越来越得到广泛的关注。DOPO分子结构中的烯基、环氧键和羰基都具有活性,可制备出多种衍生物。DOPO及其衍生物由于分子结构中含有联苯环和菲环结构,特别是侧磷基团以环状OP键的方式引入,比未成环的有机磷酸酯热稳定性和化学稳定性提高,阻燃性能更好。DOPO及其衍生物作为阻燃剂使用,可用于聚酯、聚酰胺、环氧树脂、聚氨酯、以及酚醛树脂等多种高分子材料的阻燃。

PC是一种综合性能优异的热塑性工程塑料,具有突出的抗冲击性、透明性、尺寸稳定性,优良的力学性能和电绝缘性能,良好的耐蠕变性、耐候性及自熄性,因此在电子、电气、汽车、建筑、包装等领域有着广泛的应用,近年来已迅速扩展到航空、航天、计算机、光盘等新技术领域。PC材料燃烧时成炭率较高,能自熄,阻燃等级为UL94V2级,与普通的热塑性塑料相比虽有较好的阻燃性,但仍可燃,且燃烧时有热熔体滴下,容易引起附近的材料着火,在上述应用领域仍难以满足阻燃防火的要求,因此在许多实际应用中必须对PC材料进行阻燃处理。

将DOPO与N󰀁PMI反应合成出了一种新型无卤含氮氧杂膦菲阻燃剂DOPMI,其具有适宜的熔点和优良的热稳定性,易于通过熔融共混分散在热塑性聚合物中,并能满足许多阻燃聚合物的加工成型要求,将其单独用于PC或与含磷阻燃PET、MPS复配应用到PC中,均能取得优良的阻燃效果。

添加不同阻燃配方PC的阻燃性能。纯PC在空气中燃烧后有熔体滴落,通过了UL94V2级测试,极限氧指数为25.6%;加入9%的DOPMI后对体系有明显的阻燃作用,同时也能抑制熔滴的产生和减缓火焰传播速度,使体系的极限氧指数提高到29.3%,垂直燃烧性能达到UL94V1级;只向PC中添加含磷阻燃PET后,发现其阻燃性能几乎没有提高,而向PC/阻燃PET体系中加入3%的DOPMI后,阻燃等级即达到UL94V1级,极限氧指数也提高到28.8%;PC/阻燃PET/DOPMI/MPS体系阻燃效果最好,体系中只要加入3%的DOPMI和2%的MPS,垂直燃烧性能即能达到UL94V0级,同时极限氧指数也达到30.4%,没有熔滴现象,可能的原因是加入MPS后,由于引入了硅元素,形成P-Si-N三重协效阻燃,使阻燃效果更佳。

DOPMI的热分解温度为340.7,高于PC的加工温度(通常在220~260左右)。各种阻燃剂添加到PC中后使其失重5%、10%时的温度和最大失重速率时的温度(Tmax)降低较明显。但是在经过分解速率的峰值之后,由于形成了较稳定的炭层使得材料在进一步的受热下显现出较好的稳定性。可以看出,无论在PC中单独加入还是通过复配的方式加入配方中所述阻燃剂,700的残炭率都比纯PC要低,因此阻燃剂的加入并不能增加PC的残炭率,但在各配方中加入DOPMI后,DOPMI的分解产物能够促进PC的分解,使之较快交联成炭。加入MPS后,该阻燃配方较其他阻燃配方PC的失重10%时的温度、Tmax和700残炭率都有不同程度的提高,这表明MPS能够促进PC成炭。

 

 

 

文章来自：http://www.velchem.cn/