论文部分内容阅读
羟甲基三聚氰胺（Hydroxymethyl Melamine,简称MOH）,属于三聚氰胺系列衍生物,通过三聚氰胺与甲醛加成后得到。可以用于制作涂料固化剂、粘合剂、织物整理剂等,由于MOH极易在酸和热的作用下发生自交联,导致其不易储存,极大地限制了它的应用。针对羟甲基三聚氰胺在水中易发生自交联,储存稳定性差的难点,本论文提出采用冷冻干燥技术制备羟甲基三聚氰胺的新方法。并首次将其作为物理交联剂增强水性聚氨酯的力学性能,以及作为成炭剂制备膨胀型阻燃环氧树脂。本论文的主要工作和所获得的主要研究结果如下:（1）以三聚氰胺与37%的甲醛溶液为主要原料,通过研究甲醛与三聚氰胺摩尔比、反应温度、反应时间、反应pH值对羟甲基三聚氰胺溶液（MOH-L）中羟甲基结构的影响,找出最佳反应条件。随后利用真空冷冻干燥技术除去MOH-L中的水,获得羟甲基三聚氰胺粉末（MOH-S）。并采用FI-IR、1H NMR、13C NMR、元素分析对MOH-S化学结构进行表征。结果表明,MOH-S是以羟甲基三聚氰胺为主体结构的三聚氰胺衍生物。MOH-S在储存3个月以后仍未发生自交联,表现出优异的储存稳定性。以二环己基甲烷二异氰酸酯（HMDI）、六亚甲基二异氰酸酯（HDI）与聚丙二醇（PTMG-2000）为制备阴离子型水性聚氨酯（WPU）的基础原料。将MOH-S溶于水后分散到WPU乳液中,乳液的粒径增大,但离心后仍不会破乳,表现出优异的乳液稳定性。除去溶剂水之后获得WPU/MOH-S复合膜,并通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、吸水率、接触角、扫描电镜（SEM）、力学性能测试、热重分析（TGA）对复合膜综合性能进行表征。测试结果表明,MOH的加入显著提升WPU力学性能的同时还不引起相分离。同时,还赋予膜耐溶剂性和透明性。当MOH-S的添加量为30 wt%时,复合膜抗拉强度最强,从8.5 MPa变为23 MPa。（2）对比羟甲基三聚氰胺与三聚氰胺在氮气氛下的热分解行为,发现MOH-S表现出显著的残渣量,三聚氰胺在340°C时分解完全,残渣量仅为0.6%,而MOH-S在340°C时的残渣量高达72.1%,加热到680°C也能获得19.7%的残渣量。因此,将MOH-S作为成炭剂,与聚磷酸铵（APP）组成膨胀阻燃体系以提高聚磷酸铵基环氧树脂（EP/APP）的膨胀阻燃效率。通过极限氧指数（LOI）、垂直燃烧（UL-94）、锥形量热（Cone）与热重分析（TG）测试EP-MOH-S/APP复合材料的阻燃性能与热稳定性能。结果表明,添加15 wt%质量比为3:1的APP/MOH-S使复合材料达到UL-94 V-0级,氧指数达到32.5%。另外,与传统成炭剂季戊四醇（PER）对比,MOH-S表现出更快的成炭速度和更高的炭层膨胀度。因此,EP/15%（APP+MOH-S）3:1具有更低的热释放速率（PHRR）、烟释放量（TSP）及火蔓延指数（FIGRA）,表明MOH-S作为成炭剂的环氧树脂,火灾安全性更高。此外,通过热重红外连用（TG-FTIR）、残碳红外（FTIR）、扫描电境（SEM）与能量色散X射线光谱仪（EDX）分析EP/15%（APP+MOH-S）3:1的气相和凝聚相组分,提出其阻燃机理。