改性三聚氰胺氰尿酸盐的合成及其阻燃聚酰胺6研究.pdf

学校代码 10530 学号 201006041291
分类号 O63 密级



硕士学位论文

改性三聚氰胺氰尿酸盐的合成及其阻燃
聚酰胺 6 的研究


学位申请人邱军
指导教师张海良教授
学院名称化学学院
学科专业高分子化学与物理
研究方向高分子材料


二○一三年五月
Synthesis of Modified Melamine Cyanurate
and Its Application in Flame retarding
Polyamide 6


Candidate Jun Qiu
Supervisor Hailiang Zhang
College Chemistry
Program Polymer Chemistry & Physics
Specialization Polymer Material
Degree Master of Science
University Xiangtan University
Date May, 2013
湘潭大学
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作者签名: 日期: 年月日

导师签名: 日期: 年月日
湘潭大学硕士学位论文
摘要
本文建立了氮系阻燃剂三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)改性合成新技术,改善了
MCA的合成工艺及产品性能,制备了新型 MCA 阻燃剂。将其应用于聚酰胺 6(PA6)
的阻燃,制得了阻燃效果良好、综合性能优异的无卤阻燃 PA6 复合材料。并对
MCA 阻燃 PA6 的作用机理及改性剂的阻燃增效作用作了初步的研究。
针对传统 MCA 合成制备工艺中存在的一些不足,本文采用硼酸锌微晶对
MCA 的合成过程进行控制。即在三聚氰胺-氰尿酸(MA-CA)的水基氢键复合反应
过程中按一定配比加入硫酸锌、氧化锌和硼砂,使析出的硼酸锌微晶分散沉积在
生成的 MCA 表面,从而对 MCA 初级组装体进行包覆,分隔成较小的独立反应
体系,使得反应体系的粘度始终保持在一个较低的水平。该合成方法可将水与反
应物配比由传统反应的 4:1 降至 2:1,提高了反应速率和转化率,解决了传统合
成工艺中搅拌困难、废水排放量大、除水时间长、反应固含量低等难题。本文通
过对反应体系粘度的测定、转化率的计算确定了改性 MCA 的制备工艺路线,采
用红外(FT-IR)、热失重(TG)、扫描电镜(SEM)等分析测试方法对其结构及性能进
行了表征。结果表明:改性剂硼酸锌的最佳用量为 4~5%;改性反应体系的粘度
与未改性反应体系相比由 2× 降至 5×;反应转化率由 80%提
高到 %;经过硼酸锌改性后的 MCA 分子结构并未反生变化;其分解温度下
降了近 120℃,但仍在 PA6 的加工温度之上;制得的改性 MCA 粒子粒径很小,
外观规整,分布均匀。
采用合成的改性 MCA 与 PA6 熔融共混制得 PA6 复合阻燃材料,通过极限
氧指数测定(LOI)、垂直燃烧试验、差示扫描量热法(DSC)、SEM、TG 等测
试对其进行了表征。由于体系中硼酸锌的阻燃增效作用,改性 MCA 的阻燃效率
明显高于传统 MCA。添加量在 20%时可赋予材料 UL94 V-0 级别,并比传统 MCA
阻燃 PA6 复合材料的极限氧指数高 2~3%。样条断面的扫描电镜结果表明硼酸锌
的加入能改善 MCA 粒子在 PA6 树脂中的分散状态,分散尺寸在 1μm 以下,并
与基体树脂结合紧密。炭层形貌和热失重分析表明,硼酸锌能促进 PA6 在燃烧
中生成致密炭层以及加速 PA6 的热降解,从而提高其阻燃性能。改性后复合材
料的结晶性能和力学性能也得到了一定的提高。结晶度由 %