基于环糊精结构的膨胀型阻燃剂的合成及其在阻燃聚乳酸中的应用

摘要

聚乳酸(PLA)由于其可再生、可降解的特性，逐渐受到工业界和学术界的关注，其应用也从最初的包装材料，扩展到电子电器和汽车等领域。聚乳酸的易燃性不仅限制了其应用，也间接或直接造成了其火灾风险。所以，研究聚乳酸的燃烧与阻燃势在必行。
　　对于膨胀阻燃体系来说，在材料燃烧过程中能够在基体表面形成炭质保护层至关重要。“炭源”、“酸源”和“气源”是其三大组成部分。环糊精结构简单稳定，其羟基可在燃烧过程中脱水炭化，进而形成保护层。因此是一种值得探索和研究的炭源。而且生产环糊精的原料可再生，也为绿色阻燃环保塑料探寻一条新思路。
　　首先，本文利用β-环糊精(CD)和磷-氮系阻燃剂(PAB)合成了一种三源一体化膨胀型阻燃剂CD-nPAB，并采用熔融共混的方法制备了阻燃PLA复合材料(PLA/CD-nPAB)，研究了环糊精结构对其热稳定性和阻燃性能的影响。结果表明，CD-nPAB的加入提高了PLA的热稳定性和阻燃性能，并且体现出随环糊精含量增加而提高的抑烟性能，结合热重-红外联用的结果，指出环糊精具有捕捉小分子的作用。
　　其次，本文将β-环糊精通过苯基膦酰二氯(BPOD)进行修饰，得到磷-环糊精(PCD)，并将其与PLA和聚磷酸铵(APP)共混制备阻燃PLA复合材料(PLA/APP-PCD)。结果显示，该体系具有优异的热稳定性和阻燃性能，在添加20wt％的APP-PCD(5∶1)就能到达UL-94V0等级，添加量增加到30wt％时材料的氧指数从19.7％增加到42.6％。通过热重-红外联用研究了APP与PCD复配阻燃PLA的作用机理和环糊精对小分子的捕捉作用，并通过锥形量热将CD/APP体系与PCD/APP体系阻燃PLA进行比较，研究了环糊精用含磷基团修饰前后对体系的影响。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 聚乳酸的燃烧和阻燃

1．1．1 聚乳酸简介

1．1．2 聚乳酸的燃烧

1．1．3 阻燃聚乳酸的研究现状

1．2 环糊精及其阻燃研究现状

1．2．1 环糊精简介

1．2．2 环糊精在阻燃领域的研究现状

1．3 课题的提出及主要研究内容

1．3．1 课题的提出

1．3．2 主要研究内容

第二章 CD-nPAB的合成及在阻燃PLA中的应用

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 CD-nPAB的合成

2．2．3 阻燃PLA复合材料的制备

2．2．4 分析测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 希夫碱和PAB的结构表征

2．3．2 CD-nPAB的结构表征

2．3．3 CD-nPAB的热稳定性分析

2．3．4 PLA／CD-nPAB的热稳定性分析

2．3．5 PLA／CD-nPAB的热解产物分析

2．3．6 PLA／CD-nPAB的阻燃行为研究

2．3．7 残炭形貌分析

2．4 本章小结

第三章 PCD的合成及和APP复配阻燃PLA

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 PCD的合成

3．2．3 阻燃PLA复合材料的制备

3．2．3 分析测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 PCD的结构表征

3．3．2 PCD和APP的热解分析

3．3．3 PLA／PCD-APP的热稳定性分析

3．3．4 PLA／PCD-APP的热解产物分析

3．3．5 残炭形貌分析

3．4 本章小结

第四章 结论与展望

4．1 结论

4．2 创新点

4．3 展望

参考文献

作者简介

硕士期间研究成果