聚硅氧烷阻燃劑的合成、阻燃機(jī)理及其應(yīng)用研究.pdf

1、高分子材料在工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活中應(yīng)用越來越廣泛，但大多數(shù)高分子材料在高溫下易分解、燃燒，需要進(jìn)行阻燃處理，才能安全使用。因此，近年來高分子阻燃材料及其阻燃機(jī)理的研究受到人們的關(guān)注，尤其是無鹵、高效、綠色環(huán)保的阻燃材料和阻燃技術(shù)正成為全球研究的熱點(diǎn)。有機(jī)硅阻燃劑因?yàn)槠渚哂懈咝У淖枞夹阅堋o鹵、低煙、低毒、無污染、生態(tài)友好、對高分子基材的加工性能和力學(xué)性能影響甚小等特點(diǎn)，成為當(dāng)前最具開發(fā)前景的綠色環(huán)保阻燃劑之一。 本文采用水解

2、縮合法制備了高阻燃性的有機(jī)聚硅氧烷阻燃劑，并對聚硅氧烷的熱降解特性、阻燃性能和阻燃機(jī)理進(jìn)行了深入研究。本論文的主要工作包括以下幾個(gè)方面： 1、以甲氧基硅烷為原料，采用水解縮合法制備了聚硅氧烷阻燃劑，通過正交實(shí)驗(yàn)對合成工藝進(jìn)行了優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)表明：控制反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間是制備高效聚硅氧烷阻燃劑的關(guān)鍵。制備的聚硅氧烷對聚碳酸酯(PC)具有優(yōu)良的阻燃性能，且基本不影響PC的力學(xué)性能，在PC中添加5wt.％使得PC的極限氧指數(shù)(LOI)由2

3、6.0提高到34.0，克服了一般阻燃劑在賦予高分子材料阻燃性能的同時(shí)，損害了基材的力學(xué)性能的缺陷。 2、首次系統(tǒng)地研究了支鏈結(jié)構(gòu)和線形結(jié)構(gòu)聚甲基苯基硅氧烷的熱降解特性。應(yīng)用熱分析(TGA)、紅外光譜(IR)、元素分析、裂解-氣相色譜-質(zhì)譜(PY-GC-MS)對聚硅氧烷的熱降解行為進(jìn)行了細(xì)致分析，探討了其熱降解機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn)，無論在N<,2>下還是在空氣下降解，聚硅氧烷的降解殘?jiān)烤芨?，且隨有機(jī)側(cè)基苯基含量的降低而增高，同一種聚

4、硅氧烷在N<,2>下的降解殘?jiān)勘仍诳諝庀赂?。?cè)基含苯基的聚硅氧烷降解的主要揮發(fā)性產(chǎn)物為苯、聯(lián)苯和環(huán)狀硅氧烷三聚體。在N<,2>下降解殘?jiān)蠧含量較高，該殘?jiān)饕獮楣杼佳趸衔?，在空氣下降解固體殘?jiān)饕獮榘咨趸韬蜕倭亢谏墓杼佳趸衔?。支鏈結(jié)構(gòu)的聚硅氧烷熱穩(wěn)定性比線形結(jié)構(gòu)聚硅氧烷好。 3、應(yīng)用PY-GC-MS、TGA、IR深入研究了PC/聚硅氧烷體系的熱降解過程，分析了熱降解固體殘?jiān)蛽]發(fā)性產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。在降解過程中，聚硅氧

5、烷裂解形成的甲硅烷自由基或硅氧烷衍生物與PC或PC的降解產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，促進(jìn)了聚合物體系的交聯(lián)反應(yīng)，阻礙了聚合物的進(jìn)一步降解，使復(fù)合體系的降解速率降低，在800℃時(shí)的降解殘?jiān)匡@著提高。復(fù)合體系熱降解揮發(fā)性產(chǎn)物中有苯基甲硅烷醚衍生物和苯基醚硅氧烷衍生物生成，降解殘?jiān)杏谐砗戏辑h(huán)生成，這可能是高效阻燃炭層的前驅(qū)體。通過不同升溫速率下的熱失重?cái)?shù)據(jù)，確定了PC和PC/聚硅氧烷阻燃體系在空氣下的熱降解活化能，研究表踢，PC/聚硅氧烷的降解活化能大

6、大高于PC。采用掃描電鏡(SEM)、X射線能譜分析(EDX)深入研究了PC/聚硅氧烷的燃燒行為和燃燒炭層的形貌，在此實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，揭示了PC/聚硅氧烷的阻燃機(jī)理。 4、為了獲得更為高效的有機(jī)硅阻燃劑，在聚硅氧烷的硅氧骨架上引入阻燃元素B，本文研究了聚硅硼氧烷的合成反應(yīng)，成功制備了具有高效阻燃性能的聚硅硼氧烷阻燃劑。應(yīng)用質(zhì)譜(MS)、核磁共振(NMR)、IR等測試手段分析了聚硅硼氧烷的分子結(jié)構(gòu)，并研究了結(jié)構(gòu)與阻燃性能的關(guān)系，研究表明，具有線

7、形結(jié)構(gòu)Si-O鏈的聚硅硼氧烷的阻燃性能明顯比支鏈結(jié)構(gòu)的好。探討了聚硅硼氧烷的阻燃機(jī)理，聚硅硼氧烷除了在燃燒過程中促使在PC表面形成絕緣炭層的凝聚相阻燃機(jī)制外，還有硼對聚合物的氧化裂解起抑制作用的氣相阻燃機(jī)制。 5、在少許表面活性劑條件下，應(yīng)用共沉淀法制備了納米Mg(OH)<,2>，研究了該納米Mg(OH)<,2>的阻燃性能。在聚丙烯(PP)/Mg(OH)<,2>,體系中添加聚硅氧烷阻燃劑，研究了聚硅氧烷和Mg(OH)<,2>對P