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膦酸酯阻燃剂是有机磷系阻燃剂的重要品种,具有无卤、高效、低毒、低烟、环保等优良性能,符合当今阻燃剂新品种发展潮流。本文采用新的溶剂和催化剂优化了一种新型的双螺环膦酸酯阻燃剂:3,9-二甲基-3,9-二氧代-2,4,8,10-四氧杂-3,9-二磷杂二螺[5.5]十一烷(DMDP)的合成工艺,采用元素分析、FTIR、~1H-NMR、TG等对其结构和热稳定性等进行了表征。研究结果表明:采用氯苯作溶剂、四甲基氯化铵作催化剂合成DMDP,具有反应时间缩短,目标物颜色变浅且在260℃失重率小于2%,以及较高的热稳定性等特点。将合成的DMDP阻燃剂及DMDP与三聚氰胺过渡金属盐,即三聚氰胺硅钨酸盐(MSW);三聚氰胺磷钨酸盐(MPW):三聚氰胺钨酸盐(MW)等复配后分别用于ABS树脂的阻燃,同时与APP、MPP阻燃ABS作了对比试验。制备的阻燃ABS树脂经过力学、燃烧、热分析等分析研究,研究结果表明,DMDP与MSW复配体系的阻燃效果最好,垂直燃烧试验级别达到UL94 V-2级,同时阻燃材料的拉伸强度保留率较高、但冲击强度下降明显。通过进一步优化DMDP与MSW的复配体系,找到了两者的最佳配比,当DMDP与MCA配比为2:1(质量),添加量为30%时,阻燃ABS树脂的氧指数达到了25.4%,拉伸强度为35.72MPa,屈服强度为16.40MPa。采用热失重-红外联用、裂解-气相色谱-质谱和扫描电镜等手段,初步探讨了DMDP以及DMDP与MSW复配体系阻燃ABS(FR-ABS)的热氧降解过程和阻燃机理。TG研究结果表明:DMDP/MSW阻燃ABS树脂在600℃的质量残留率为16.74%,未阻燃ABS树脂的质量残留率只有1.88%,通过分析DMDP-MSW阻燃ABS树脂的热失重-红外联用图谱说明,DMDP和MSW有促进成炭的作用,而阻燃剂的加入使材料的初始分解温度降低,这是由于阻燃剂先于ABS热分解,并促进阻燃材料在燃烧初期表面形成炭层,从而起到隔绝空气和热量传递的作用,阻止或延缓了ABS树脂的进一步热降解,从而发挥了较好的阻燃作用。裂解-气相色谱-质谱结果也验证了膦酸酯阻燃剂的促进成炭作用。以上结果说明DMDP-MSW阻燃体系对ABS树脂的阻燃机理主要是以凝聚相阻燃机理为主。为了研究DMDP对ABS树脂热性能的影响,测得了阻燃ABS树脂空气气氛下非等温热重(TG)数据,利用Kissinger、Flynn-Wall-Ozawa两种动力学方法,求得了ABS树脂和阻燃ABS树脂的热氧降解反应活化能Ea,分别为157.99kJ/mol、163.23 kJ/mol、159.65kJ/mol(Kissinger法),说明DMDP以及DMDP与MSW复配阻燃剂对ABS树脂热降解反应活化能影响较小,仍然具有较好的热稳定性。