含磷丙烯酸樹(shù)脂的制備及其阻燃性能分析

＊陳 燕

（恩希愛(ài)（杭州）薄膜有限公司 浙江 311231）

1.含磷丙烯酸樹(shù)脂制備的試驗(yàn)

專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員通過(guò)專(zhuān)業(yè)能力試驗(yàn)確定丙烯酸亞磷脂乳液的阻燃級(jí)別，在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之前，必須充分配置破乳劑，化學(xué)純，過(guò)硫酸銨，甲基丙烯酸，甲基丙烯酸醇，丙烯酸丁酯，對(duì)苯二酚和五氧化二磷等實(shí)驗(yàn)試劑。將實(shí)驗(yàn)試劑事先準(zhǔn)備好后，實(shí)驗(yàn)人員還需要準(zhǔn)備與和磷含量丙烯酸乳液相關(guān)的實(shí)驗(yàn)試劑。該實(shí)驗(yàn)將應(yīng)用90g的單一溶劑，將0.72g的有機(jī)溶劑與60g的水相融合，將氮?dú)庖朐O(shè)備，冷凝器與攪拌設(shè)備中加入150g的水，0.90g OP-10、0.90g SDS攪拌均勻，將溫度調(diào)整至60℃后混合30%的有機(jī)溶液。將20%的液體放置于蒸發(fā)器皿中，在77℃的溫度下進(jìn)行化學(xué)變化。若此時(shí)設(shè)備中的保濕系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咔逅{(lán)光，則可以進(jìn)行30min的保溫作用，在2h內(nèi)滴下剩余的有機(jī)溶劑液體，將溫度調(diào)整為87℃并保溫2h[1]。此外，在模具中放入由磷丙烯酸酯乳液制成的保濕乳液進(jìn)行風(fēng)干操作，將真空干燥機(jī)的溫度調(diào)整至60℃風(fēng)干24h，并在100℃與120℃下分別風(fēng)干1h。

2.含磷丙烯酸樹(shù)脂試驗(yàn)后的形態(tài)

（1）在進(jìn)行磷含量丙烯酸乳液的整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員可以將保濕乳液樣品放在溫室的自然環(huán)境中，以詳細(xì)調(diào)查情況的可靠性。另外，將阻聚劑添加至保濕乳液中，并置于105℃的環(huán)境中。在干燥箱中干燥直至其凈重穩(wěn)定后，在稱(chēng)重凈重后測(cè)量準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)化率。

（2）進(jìn)行紅外檢測(cè)時(shí)，實(shí)驗(yàn)人員需要立即破壞保濕乳液，并用乙醇用礦泉水洗滌后得到。檢測(cè)時(shí)間可以限制在24h左右。為了掌握丙烯酸磷脂乳液的阻燃劑性能，專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員需要對(duì)保濕乳液進(jìn)行風(fēng)干。獲得磷酸丙烯酸乳液后可以直接進(jìn)行相應(yīng)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的極限規(guī)格為50-700℃，升溫速率可以為20℃/min，工作時(shí)氣體必須為N2氣體。通常，實(shí)驗(yàn)室工作人員將含磷的丁二烯-丙烯酸乳液倒入準(zhǔn)備好的模具殼中，然后將其干燥處理，將丙烯酸乳液切成相同的樣品。樣品厚度為0.9mm，寬度為13.5mm，長(zhǎng)度為130mm。每組測(cè)試樣品可以分為五個(gè)。利用甲烷蒸氣的增加過(guò)程來(lái)有效地控制火焰的高度，然后將火焰中心置于樣品中心下，點(diǎn)火時(shí)間可以保持在10.5s左右。

（3）技術(shù)人員還進(jìn)行了含磷的丙烯酸乳液實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了極限阻燃水平。一般而言，本實(shí)驗(yàn)中的制劑長(zhǎng)度為130mm，厚度為4.25mm，寬度為10.5mm。每組必須有五個(gè)這樣的樣品，其制備方法與UL94方法相似。該樣品的點(diǎn)火方法是壁頂點(diǎn)火方法。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，確定含磷丙烯酸乳液的極限阻燃等級(jí)值。在測(cè)量完所有含磷丙烯酸乳液的標(biāo)準(zhǔn)值后，專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員可以分析其制備方法和阻燃級(jí)的關(guān)聯(lián)性。

3.含磷丙烯酸樹(shù)脂制備主要的阻燃性能

(1)單體用量對(duì)其穩(wěn)定性的影響

在對(duì)丙烯酸乳液中的磷含量進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)之后，實(shí)驗(yàn)人員必須對(duì)其內(nèi)部制備方法進(jìn)行查問(wèn)，由于內(nèi)部保濕乳液具有高效的可靠性和儲(chǔ)存性，從實(shí)驗(yàn)后的數(shù)據(jù)信息中可以看出，當(dāng)其各個(gè)成分分別為逐漸增加，保濕乳液的總體凝膠速率值將逐漸增加。關(guān)鍵原因是單一磷含量中有兩種特定的甲基丙烯酸酯。它可以高效地連接各個(gè)組分，因此，如果增加磷的各個(gè)組分，則某些內(nèi)部化學(xué)交聯(lián)會(huì)過(guò)多，從而增加總體可疑的膠合速率。另外，如果磷含量丙烯酸乳液中的單磷含量在30%以內(nèi)，則可疑的膠合率的增加不顯著[2]。其發(fā)生的關(guān)鍵是單一結(jié)構(gòu)的磷含量是分子結(jié)構(gòu)中的P-OH官能團(tuán)將具有強(qiáng)的吸水性，這有利于在溶液聚合期間保持可靠性。逐漸增加磷含量后，制得的保濕乳液的總轉(zhuǎn)化率會(huì)在一定程度上降低，這是因?yàn)閱未尾僮髁桩a(chǎn)物中的副產(chǎn)物硫酸銨會(huì)降低溶液聚合系統(tǒng)中的pH值，這意味著間接降低了保濕乳液的轉(zhuǎn)化率。如果磷的單次使用量超過(guò)30%，則由于系統(tǒng)的pH值太低，實(shí)際上會(huì)降低溶液聚合系統(tǒng)的可靠性和轉(zhuǎn)化率。

(2)紅外分析

在進(jìn)行紅外分析的全過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)人員主要研究了丙烯酸乳液和純丙烯酸乳液中的磷含量。兩者之間的差異取決于后者不含磷。通常，兩種類(lèi)型的丙烯酸乳液都包含很強(qiáng)的消化峰和吸收峰以及沖擊峰。當(dāng)它們?cè)?960cm-1處匹配時(shí)，它們是-CH2-沖擊峰；C=O沖擊峰比重為1731cm-1；在1395cm-1和1450cm-1處有CH型沖擊消化吸收峰；與不同的管理系統(tǒng)相比，專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員可以找到丙烯酸亞克力乳液的紅外光譜。當(dāng)消化吸收峰在982cm-1時(shí)，會(huì)出現(xiàn)PO型消化吸收峰。當(dāng)消化吸收峰的總抗壓強(qiáng)度超過(guò)純丙烯酸乳液的抗壓強(qiáng)度時(shí)，精確位置將在1100-1300cm-1。此外，根據(jù)當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)，當(dāng)O=P-OH時(shí)，專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員可以在2360cm-1處觀察到磷含量的丙烯酸乳液，該乳液在2360cm-1處具有P-OH官能團(tuán)的沖擊消化和吸收峰。消化吸收的峰值在1690cm-1，因此根據(jù)紅外檢測(cè)結(jié)果可以看出，磷含量是單獨(dú)輸入到丙烯酸乳液系統(tǒng)中的，即隨機(jī)會(huì)聚法。

(3)阻燃性能的研究

在對(duì)阻燃級(jí)能源進(jìn)行科學(xué)研究時(shí)，專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員可以看到，單個(gè)磷的使用量是不同的。根據(jù)數(shù)據(jù)信息可以看到系統(tǒng)中含磷丙烯酸樹(shù)脂的阻燃級(jí)能量值越高，這種丙烯酸樹(shù)脂的阻燃性能越強(qiáng)。一般而言，當(dāng)丙烯酸樹(shù)脂系統(tǒng)中的單個(gè)磷含量較高時(shí)，丙烯酸樹(shù)脂中的磷元素組成也呈現(xiàn)出持續(xù)上升的趨勢(shì)。另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值隨增加而增加。取丙烯酸樹(shù)脂的LOI值。如果磷含量丙烯酸乳液中的單磷含量在20%左右，丙烯酸樹(shù)脂的LOI值將有較大的飛躍，其能量可以從17.5%增加到25.9%，并且其整體阻燃等級(jí)也可以達(dá)到它可以達(dá)到UL-94中的V1等級(jí)，換句話說(shuō)，它可以達(dá)到通用的阻燃規(guī)定[3]。如果磷含量丙烯酸乳液中的單磷含量為30%或大于30%，則其LOI值將增加至29.5%，并且其阻燃等級(jí)也將提高，即UL-94中的V0等級(jí)。這也表明該制劑中含磷的丙烯酸乳液具有很強(qiáng)的阻燃性能。根據(jù)阻燃級(jí)能源的檢測(cè)和科學(xué)研究，專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員需要尋找規(guī)律性，即當(dāng)丙烯酸丙烯酸酯乳液中的單一磷含量增加時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)值越高，磷含量就越高。丙烯酸乳液會(huì)增加阻燃等級(jí)即可。

(4)熱重分析

丙烯酸類(lèi)丙烯酸乳液的阻燃等級(jí)不僅與單個(gè)磷含量有關(guān)，也與聚合物內(nèi)部的熱斷裂碳速率密切相關(guān)，該標(biāo)準(zhǔn)值也與丙烯酸類(lèi)丙烯酸酯的熱失重具有密切關(guān)系。一般而言，當(dāng)丙烯酸類(lèi)磷酯乳劑中磷的單一含量增加時(shí)，丙烯酸類(lèi)乳劑的溶解溫度降低。關(guān)鍵原因是添加的磷化合物降低了這類(lèi)丙烯酸樹(shù)脂的裂解溫度。而這種降溫速度更快，其原因主要是由于含磷單分子結(jié)構(gòu)中的PC和PO鍵斷裂和溶解。溫度升高后，當(dāng)溫度為400℃時(shí)，純丙烯酸乳液的熱失重率將增加，而磷含量的丙烯酸乳液在高溫下不會(huì)引起顯著地?zé)崾е亍烧咧g存在差異的主要原因是丙烯酸乳液中含有大量的磷元素，這將加速含磷丙烯酸樹(shù)脂的溶解和碳的形成速度。一般來(lái)說(shuō)，如果單個(gè)磷成分在10%左右，則700℃的溫度會(huì)更好。它將實(shí)現(xiàn)23%的碳形成率；當(dāng)磷的單一成分為30%時(shí)，在相同的溫度效應(yīng)下，碳的形成率將上升至54%。如果純丙烯酸乳液的碳含量低，則從頭到尾地碳含量約為7.2%。與垂直點(diǎn)火試驗(yàn)的結(jié)果相比，該結(jié)果將大大提高丙烯酸樹(shù)脂的阻燃性能，與試驗(yàn)結(jié)果相吻合。

(5)含磷丙烯酸樹(shù)脂在試驗(yàn)后的微觀形貌

根據(jù)科學(xué)研究的引燃試驗(yàn)，在實(shí)際火焰中發(fā)現(xiàn)聚合物引燃行為之間碳結(jié)構(gòu)的規(guī)律性。通常，丙烯酸乳液的單個(gè)磷含量增加，并且殘余碳的相對(duì)密度也提高。當(dāng)含磷丙烯酸樹(shù)脂系統(tǒng)中的單磷含量為10%時(shí)，在此連接中進(jìn)行點(diǎn)火測(cè)試后生成的殘留碳結(jié)構(gòu)的表面層無(wú)法生成連續(xù)的碳層，并且內(nèi)部裂紋結(jié)構(gòu)很多。如果丙烯酸樹(shù)脂系統(tǒng)中的磷含量約為20%，則在進(jìn)行點(diǎn)火測(cè)試后，碳層將出現(xiàn)在殘留碳的表面上。另外，在碳化學(xué)物質(zhì)的表面上將發(fā)生各種裂縫，影響密度水平；當(dāng)其磷含量為30%時(shí)，根據(jù)點(diǎn)火試驗(yàn)，表面上的碳層結(jié)構(gòu)相對(duì)高密度且致密。這種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)將大大提高含磷丙烯酸樹(shù)脂的阻燃性。

4.結(jié)束語(yǔ)

通常，在磷含量丙烯酸乳液的實(shí)驗(yàn)期間，實(shí)驗(yàn)人員會(huì)根據(jù)各種方法測(cè)試各個(gè)磷成分。當(dāng)組分的標(biāo)準(zhǔn)值為30%時(shí)，可以快速改善所制備的產(chǎn)品。轉(zhuǎn)化率高，并產(chǎn)生穩(wěn)定的磷含量的苯乙烯-丙烯酸乳液，然后提高碳的轉(zhuǎn)化率，利用外部外觀找到最佳的阻燃性能。