阻燃不饱和聚酯的制备及工艺流程设计

阻燃不饱和聚酯的制备及工艺流程设计Thepreparationofflameretardantunsaturatedpolyesterandprocessdesign专业：高分子材料与工程姓名：笪栓马指导老师姓名：申请学位级别：学士论文提交日期：2015年6月日学位授予单位：天津科技大学摘要不饱和聚酯（UPR）是迄今为止热固性树脂中用量最大的材料。其发展与应用也越来越广泛，在诸多领域上都要求了其需要有较高的阻燃性，因此，本实验就其阻燃性问题进行了研究，研究了阻燃剂对其阻燃性的提高与对其力学性能的影响。实验过程是以顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐、乙二醇合成不饱和聚酯，对其进行力学性能（拉伸强度、弯曲强度）和阻燃性的研究，然后再在不饱和聚酯中加入四溴苯酐或聚磷酸铵，研究其对不饱和聚酯的阻燃性与力学性能（拉伸强度、弯曲强度）影响，并进行对比。研究表明，加入反应型阻燃剂四溴苯酐或聚磷酸铵都能提高不饱和聚酯的阻燃性，对于不饱和聚酯的力学性能来说，加入反应型阻燃剂四溴苯酐的不饱和聚酯的力学性能要高于加入聚磷酸铵的力学性能。关键词：不饱和聚酯；阻燃剂；四溴苯酐；聚磷酸铵；力学性能ABSTRACTUnsaturatedpolyester(UPR)isbyfarthelargestamountofthermosettingresinmaterial。Itsdevelopmentandapplicationareincreasinglybeingusedinmanyareasoftheirneedsrequireahigherflameresistance，Therefore,theflameretardancyoftheexperimentconductedastudytostudyitsflameretardantpropertiesandtheeffectontheimprovementofthemechanicalproperties。Inthefirstexperimentismaleicanhydride,phthalicanhydride,ethyleneunsaturatedpolyestersynthesis,afteraddingthesilaneduringthecuringprocesstoobtainthesilane-modifiedunsaturatedpolyesters,itsmechanicalproperties(pulltensilestrength,flexuralstrength)andthestudyofflameretardancy，ThenaddintheunsaturatedpolyestertetrabromobisphenolA,tostudyitseffectonflameretardantunsaturatedpolyesterandmechanicalproperties(tensilestrength,flexuralstrength),andcompared。StudiesshowthataddingsilaneswithreactiveflameretardantoftetrabromobisphenolAflameretardantunsaturatedpolyestercanimproveflameretardancy,themechanicalpropertiesoftheunsaturatedpolyester,theflameretardantaddedtothereactionmechanicalpropertiesoftetrabromobisphenolaunsaturatedpolyesterthanaddingflameretardantsilanemechanicalproperties.Keywords:unsaturatedpolyester；flameretardant；TBPA；APP；mechanicalproperties4目录1前言..................................................11.1不饱和聚酯简介...................................11.2对不饱和聚酯使用阻燃剂的要求.....................11.3阻燃剂的阻燃机理.................................21.4阻燃的基本方法...................................31.5阻燃剂的类型.....................................31.5.1水合氧化铝阻燃剂............................31.5.2水合氧化镁阻燃剂............................41.5.3磷系阻燃剂..................................41.5.3.1红磷阻燃剂.............................41.5.3.2聚磷酸铵阻燃剂.........................41.5.3.3磷酸酯阻燃剂...........................51.5.3.4膦酸脂类阻燃剂.........................51.5.4卤系阻燃剂..................................51.5.5硼系阻燃剂..................................61.5.5.1无机硼系阻燃剂.........................61.5.5.2有机硼化物.............................61.5.6膨胀系阻燃剂................................61.5.7含锑类阻燃剂................................71.5.8协同阻燃剂..................................71.5.9反应型阻燃剂................................81.6本论文的研究内容及其意义.........................92实验部分.............................................102.1实验药品和仪器..................................102.1.1实验药品...................................102.1.2实验设备...................................112.2不饱和聚酯的制备................................112.3阻燃型不饱和聚酯的性能测试......................112.3.1力学性能测试...............................112.3.2极限氧指数（LOI）的测定....................123结果与讨论...........................................133.1不饱和聚酯的合成................................133.1.1不饱和聚酯的合成原理.......................133.1.2不饱和聚酯反应终点的控制...................143.2不饱和聚酯的固化原理............................163.3反应性阻燃剂对不饱和聚酯的影响..................163.3.1阻燃性能测试...............................173.3.2力学性能测试...............................173.4小结............................................194结论与展望........................................205工艺流程设计说明..................................21致谢...............................................24天津科技大学2015届毕业论文111前言1.1不饱和聚酯简介不饱和聚酯树脂，英文名称为Unsaturatedpolyesterresin(缩写为UPR)。是由饱和二元酸（或酸酐）、不饱和二元酸（或酸酐）、二元醇（饱和或不饱和的醇）经过缩聚反应生成的，由于不饱和聚酯中含有不饱和双键，所以可以和含有双键的单体在加入引发剂、催化剂等可以发生共聚反应。例如苯乙烯、甲基丙烯酸酯等等发生共聚反应生成三维立体网状结构的高分子[1]，形成不溶不熔的热固性塑料。从1942年美国橡胶公司投产不饱和聚酯树脂至今，不饱和聚酯树脂经历了70多年的发展历程。在这段时期内，不饱和聚酯树脂产品无论从产量还是从技术水平方面均得到了飞速的发展，目前不饱和聚酯树脂产品已发展成为热固性树脂行业中最大的品种之一。如今，随着先进的催化剂和工艺技术的不断发展使合成树脂的产品成本不断降低，质量等发面不断提高，应用领域不断拓展，不饱和聚酯的产量也越来越大。此外，增强型的不饱和聚酯与非增强型的比例也以前从几年前的70：30，变成了2002年的55：45，2003年的时候这一比例仍然有个更大一步的变化[2]。目前，我国UPR产量、消费量均居世界首位，生产能力已达200万吨/年，今年产量达120多万吨[3]。不饱和聚酯树脂(UPR)是热固性树脂中用量最大的树脂品种,也是玻璃纤维增强材料(FRP)制品生产中用得最多的基体树脂。UPR生产工艺简便,原料易得,耐化学腐蚀,力学性能、电性能优良,可常温常压固化,具有良好的工艺性能,广泛应用于建筑、防腐、汽车、电子电器等多种复合材料[4]。然而不饱和聚酯树脂是碳氢化合物,它与其它碳氢化合物一样具有可燃性,研究不饱和聚酯树脂的阻燃性能,开发具有阻燃性能的不饱和聚酯树脂品种,扩大其在国民经济各领域中的应用,具有重要的意义[5]。因此，在对不饱和聚酯的改性研究中，其阻燃性也是一研究重点，并且其阻燃性能发面的提高，其力学性能也不应有太大的波动。为了迎接这一挑战，阻燃剂的款项用于增强不饱和聚酯的耐火性，实质性的进展在过去几十年间已经拥有了许多添加剂以及反应的方法[6-7]。1.2对不饱和聚酯使用阻燃剂的要求目前，不饱和聚酯的类型有很多，规格也是多种多样[8]。在选用不饱和聚酯的阻燃剂时候，主要考虑阻燃不饱和聚酯的加工温度，最终所生产的产品要求的热稳定性，使用的阻燃剂的效率以及其价格，阻燃型不饱和聚酯的力学性能、电性能等要求。理想阻燃剂在不饱和聚酯的使用中应该具有以下特点[9]：1，能给予不饱和聚酯难燃性和自熄性，阻燃性能优良，能达到阻燃要求；天津科技大学2015届毕业论文222，能较好地分散在不饱和聚酯中，形成均相体系；3，固化成型过程中不分解，而且不降低或者很少降低不饱和聚酯的力学性能、耐腐蚀性能、电性能等性能；4，稳定耐候性好，能够长期保留在不饱和聚酯中，发挥其阻燃的作用；5，应该满足环保要求，无毒无污染无臭，在阻燃过程中不产生有毒气体；6，不和不饱和聚酯中的其他成分发生不良反应，呈现化学惰性。鉴于以上要求以及现如今社会中对环保概念的重视，在对不饱和聚酯进行阻燃时应该尽可能的做到以下工作：1，开发推广和不饱和聚酯相容性较好的符合阻燃剂，发挥其协同作用，在保证不饱和聚酯有较好阻燃性能的同时，不降低或者很少降低不饱和聚酯的其他性能；2，开发推广无卤、无毒等阻燃剂，例如含硅类阻燃剂、膨胀型阻燃剂等，以此来保护环境；3，开发推广具有反应活性的阻燃剂或者反应单体，用来制备高性能的反应型阻燃不饱和聚酯。