新型n-p协同本质阻燃聚芳醚砜的合成与表征-synthesis and characterization of novel n - p synergistic essential flame retardant polyarylether sulfone.docx

中文摘要随着高分子材料工业技术的迅速发展，其用途已渗透到国民经济各部门以及人民生 活的各个领域，已和钢铁、木材、水泥并列为四大支柱材料。随着现代科技的发展和中 国的国际化发展，对于具有高耐热性和阻燃性高分子材料的需求也越来越迫切。因此， 本论文合成了两个系列含氮磷结构的聚芳醚耐热高分子材料，并对其结构及性能进行了 表征。研究了含氮单体 DHPZ 和含磷单体 DOPO-PhOH、DOPO-BQ 的简易制备方法，并 对含磷单体的重结晶方法进行了改进，得到纯度达到聚合要求的产品。含氮单体和含磷 单体具有活性类双酚单体的特殊性质，与活性二氟单体反应，合成了两个系列具有氮杂 环结构和磷芳环结构的 N-P 聚芳醚砜，并对聚合反应条件作了简单的分析。在高分子链 中引入了 DOPO 大侧基和 DHPZ 杂环非平面结构，阻碍了分子链的运动，降低了聚合 物的规整性，从而导致了聚芳醚砜溶解度较好；聚芳醚砜都易溶于极性非质子溶剂，如 DMSO、NMP、DMAc 等，也可溶于非极性质子溶剂中，如氯仿中。聚芳醚砜的黏度和 分子量都较高，并且由于 DHPZ 中的 OH 和 NH 的活性较含磷单体中 OH 的活性要高， 易于与二氯单体发生反应，随着 DHPZ/DOPO-PhOH 和 DHPZ/DOPO-BQ 比例的增加聚 芳醚砜的分子量和黏度也依次递增。通过红外、凝胶色谱和核磁对所得到的产物结构进行了表征，确定了聚合物的结构， 证明了缩合反应的成功发生；然后用 DSC 和 TGA 对聚芳醚砜进行了热性能研究。通过 分析结果可以得知，所得聚芳醚砜具有良好的热稳定性。含磷单体为 DOPO-BQ 系列聚 芳醚砜的玻璃化转变温度达到 236-273 ℃，氮气氛围下，初始分解温度超过 420 ℃，失 重 50%温度在 649-885 ℃，固体残留量也有了很大的提高，970 ℃下固体残留量 38.1-46.6%；含磷单体为 DOPO-PhOH 系列的聚芳醚砜的玻璃化转变温度达到 206-276℃，氮气氛围下，初始分解温度都超过 467 ℃，失重 50%的温度在 785-971 ℃，1000 ℃ 下固体残留量在 42-56%。尤其是聚合物 PES46，空气氛围下，800 ℃下的残留量甚至较 聚合物 PES-P 的高出 30%，1000 ℃下的固体残炭率也达到 4.4%。含氮单体受热分解产生的气体与含磷化合物在聚合物表面形成一层泡沫状保护膜， 起到隔热隔氧的作用，降低聚合物的降解速率。同时，磷在体系中的存在明显的促进了 聚合物的成炭，并且在凝聚相和气相中都起到了很好的阻燃效果。氮磷在聚合物中可以 很好的起到协同作用，有效地提高了聚合物的热稳定性和残炭率，表明所合成的聚合物可以作为高分子材料的阻燃添加剂。关键词：二氮杂萘酮；DOPO-PhOH；DOPO-BQ；聚芳醚；阻燃；氮-磷阻燃剂AbstractA new class of phosphorus-containing and nitrogen-containing monomers were utilized for the synthesis of novel phosphoruse-nitrogen synergism aromatic poly(ether sulfone)s. The new method of recrystallization can obtained a more pure and good yield. The monomer phosphorus-containing and nitrogen-containing behaves like a bisphenol when reacted with activated aryl halides. Two novel series of high molecular weight phosphorusenitrogen synergism aromatic poly(ether sulfone)s can bereadily synthesized by polymerization of phosphorus-containing and nitrogen-containing monomer with different activated dihaloaromatic compounds in NMP in the presence of potassium carbonate. The poly(ether sulfone)s possessed high glass transition temperature (Tg) and excellent thermostabilities due to the rigid het