反应P–N膨胀阻燃剂化学阻燃尼龙66的研究

反应P–N膨胀阻燃剂化学阻燃尼龙66的研究徐久升摘要：以自制的1–氨基苯甲酸–3–酰胺基苯甲酸–苯基氧化膦(BNPPO)、己二胺、尼龙(PA)66盐为原料，通过高压(1.7MPa，210℃)，高温(280℃，0.1MPa)两步聚合制备了阻燃PA66。傅立叶变换红外光谱分析表明，BNPPO盐含有N–P膨胀结构；热重分析表明，阻燃PA66较纯PA66有更优异的热稳定性；极限氧指数及垂直燃烧法结果显示，阻燃PA66具有良好的阻燃性能；锥形量热法及扫描电子显微镜分析发现，BNPPO以气相阻燃及凝聚相协效阻燃作用于PA66基体材料；力学性能结果显示，BNPPO化学阻燃PA66依然保持有良好的力学性能。关键词：PA66；阻燃性能；力学性能；阻燃机理；氮磷阻燃剂StudyofChemicalFlameRetardancyPA66withaReactionP–NIntumescentFlameRetardantXuJiushengAbstract：AflameretardancyPA66waspreparedbythereactionsbetweenPA66salthexamethylenediamineandbis-(amidecarboxyphenyl)–(amide-carboxyphenyl-ethyl)phenylphosphineoxide(BNPPO)whichsynthesizedinlab.TheFTIRresultsrevealthatBNPPOcontainP–Ngroups.TheTGAresultsshowthatBNPPOpossessessignificantlythermalstability.Meanwhile，FTIRresultsrevealthatBNPPOisgraftedinthechainofPA66successfully.ComparedtopurePA66，theflameretardancyPA66isprovidedwithexcellentthermalstabilitybyTGAresults.TheLOIandUL94testresultsofflameretardancyPA66reachto28%andV–0respectivelywhenthecontentofBNPPOprepolymerreachesto3wt%.TheflammabilityandflameretardancymechanismofflameretardancyPA66arealsostudiedbypyrolysiscombustionflowcalorimetry(PCFC)andSEMrespectively.ThemechanicalpropertiesresultsshowthatflameretardancyPA66keepfavorablymechanicalpropertieswithBNPPO.Keywords：PA66；flameretardancyproperty；mechanicalproperty；flameretardancymechanism；P–Nflameretardancy尼龙(PA)66是一种广泛应用的工程塑料，具有熔点高、强度大、耐磨性好等优点，但PA66的易燃性阻止了其在航空、电气、军工等特殊领域的应用。为了提高PA66的阻燃性能，国内外学者对PA66的阻燃改性做了大量的研究，开发了多种阻燃性能优异的产品[2]。但多数阻燃PA66含卤簇化合物，燃烧时会产生大量有毒浓烟及腐蚀性气体，不仅污染环境，而且危害人类健康；同时大大降低了PA66的冲击强度，限制了PA66的应用领域。因此开发无卤、高效阻燃PA66已成为该领域研究的重要方向。1–氨基苯甲酸–3–酰胺基苯甲酸–苯基氧化膦(BNPPO)是一种含有三苯环的芳香烃，且结构中含有P—N结构及双羧端基，P—N键能起到膨胀阻燃的效果，活泼双羧端基可与己二胺成盐反应形成类似PA66盐的预聚体，笔者以BNPPO,己二胺、PA66盐为原料，通过聚合反应将有效阻燃成分接枝到PA66主链上，以提高PA66的阻燃性能，同时保持PA66优异的力学性能。1实验部分1．1主要原材料BNPPO：熔点为275℃，南京航空航天大学；己二胺：南京化学试剂有限公司；PA66盐：鞍山国瑞化学有限公司。1．2仪器及设备反应釜：GSH–2L型，威海环宇化工设备有限公司；傅立叶变换红外光谱(FTIR)仪：FTIR–8400S型，日本SHIMADIU公司；差示扫描量热(DSC)仪：Pyris1型，美国PerKinElmer公司；锥形量热仪：FTT0030型，英国FTT公司；极限氧指数(LOI)仪：K–R2406S型，苏州凯特尔仪器设备有限公司；万能力学试验机：XWW–5A型，上海皆准仪器设备有限公司；扫描电子显微镜(SEM)：JSM-6010PLUS/LAInTouchScope型，日本电子株式会社。2结论(1)BNPPO与乙二胺反应可成盐，制备的BNPPO盐具有较好的热稳定性，能满足PA66聚合温度，且成功将BNPPO接枝到PA66主链上。(2)BNPPO阻燃PA66树脂具有较好的热稳定性，初始分解温度降低了38℃，最大分解温度较纯PA66提高了18℃，热分解速率显著减缓。(3)BNPPO阻燃PA66的阻燃性能优异，当BNPPO质量分数为3%时，LOI为28%，阻燃性能达到UL94V–0级。(4)BNPPO阻燃PA66力学性能良好，当BNPPO质量分数为3%时，阻燃PA66树脂的拉伸强度、弯曲强度、弯曲弹性模量较纯PA66分别下降了1.55%，0.76%，9.12%，缺口冲击强度较纯PA66提高了5.48%，依然保持了良好的力学性能，可满足工程应用。