高分子材料无卤阻燃高性能化的关键技术及其科学问题研究

为了满足国民经济和社会发展对高性能无卤阻燃高分子材料的急需，提高通用高分子材料的附加价值和国际市场竞争力，针对通用高分子材料无卤阻燃高性能化目前遇到的三大技术难题"提高阻燃性与保持或提高力学性能相矛盾"、"无卤化与阻燃的高效相矛盾"和"阻燃与抗熔融滴落相矛盾"等，通过选择最具代表性的典型高分子材料品种，在系统而深入研究其阻燃性与各种因素相互影响的规律的基础上，解决同类高分子材料无卤阻燃化过程的共性科学问题，寻求解决上述每一个难题的有效途径，以实现通用高分子材料无卤阻燃高性能化的关键技术的突破，丰富尚不完善的阻燃理论，提升通用高分子材料无卤阻燃化的学术和技术水平，为其将来的应用打下坚实的理论基础。因此,本项目既具有理论意义,又具有应用前景。

针对通用高分子材料无卤阻燃高性能化面临的若干技术难题，通过选择典型高分子材料品种，在系统研究其燃烧机理、阻燃与各种因素相互影响的规律的基础上，构建了相应的高性能阻燃高分子体系：针对不易成炭和不含氧原子的聚烯烃类材料“无卤阻燃与高效化相矛盾”难题，设计合成了不同拓扑结构的大分子成炭剂，将其与酸源、发泡源及协效剂复配制成的新型膨胀阻燃剂对聚烯烃(如PP)表现出不差于含卤素阻燃剂的阻燃效率，还表现出极好的抑烟性，显著提升材料的火安全系数，并且不但没有显著降低PP的力学性能，部分性能甚至略有提升；该阻燃剂体系对脂肪族聚酯也表现出较高的阻燃效率。针对性能对外加物敏感的热塑性高聚物“提高阻燃性与力学性能降低矛盾”难题，设计合成了一系列具有不同液晶相转变温度和粘性行为的高阻燃性含磷热致液晶共聚酯，将其作为不同高聚物的阻燃剂，利用全芳液晶共聚酯具有高强度、高模量及其作为分散相在一定应力场下在基体中易拉伸变形取向形成微纤的特性，制备出原位增强复合材料，有效提升材料的力学性能，同时，液晶分子链中的含磷悬垂官能团可在气相和凝聚相同时发挥阻燃作用，因此使这种阻燃体系同时实现阻燃和增强。发展的这种新的阻燃方法已在多种高分子材料体系中取得成功。针对高温或燃烧时易熔融滴落高分子体系，特别是聚酯的"阻燃与抗熔融滴落相矛盾"难题，在聚酯大分子中引入苯炔/偶氮苯官能团，在高于其聚合和加工成型温度但低于最高热分解温度下，苯炔官能团之间首先发生交联反应生成芳构化炭层前驱体，在流变性方面表现出复数黏度“异常”升高，并且在燃烧时这种高温交联反应能够生成致密炭层，使材料实现不融滴自熄，起到凝聚相阻燃作用，显著降低热释放，同时实现了聚酯的阻燃和抗熔滴。此外，研究发现了烷基取代基数量和长短不同的次膦酸盐表现出不同的阻燃机理，据此设计合成了凝聚相和气相阻燃机理的高效无卤阻燃剂，解决了纤维增强热塑性工程塑料体系因“烛芯效应”而难以实现高阻燃性的难题。将本项目发展的阻燃方法和原理成功地应用于其他不同高分子体系如弹性聚酯纤维、低熔点聚酯、热固性高分子和热塑性泡沫等的阻燃与高性能化，囿于篇幅，在结题报告中未一一提及，其主要内容体现在已发表的56篇SCI期刊论文中(系统中已收录49篇)，其中邀请综述/专论论文3篇，国际会议邀请报告9次，申请发明专利20项，已实施应用12项。本项目取得的成果作为部分获奖内容，获国家技术发明二等奖