含硅大分子膨胀型阻燃剂的合成与应用研究

《含硅大分子膨胀型阻燃剂的合成与应用研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、．海交通大学博一i：学位论义含硅大分子膨胀型阻燃剂的合成与应用研究摘要随tj：t"：157r．4=，j料的广泛应用，对阻燃剂在高分子材料中的阻燃机耻与应川的研究具有重要的意义。目前由于受环保意识的影响，含卤阻燃剂的使用受到限制，这使得膨胀型阻燃体系发展为深具潜力的含卤阻燃剂的替代品。在众多研究膨胀型阻燃体系(IFR)以及有机硅化合物的成果中，发现IFR必须同时具有酸源，碳源和气源爿’能提供较好的阻燃作用，而有机硅化合物燃烧时形成的炭层具有高温热稳定性，在这基础上，本论文将有机硅元素与膨胀型阻燃体系的三要素成功

2、地结合到同一大分子中。本论文主要包含两部分的工作：首先从新戊二醇，季戊四醇出发，分别合成不同炭源骨架的含硅大分子膨胀型阻燃剂．I和II(PSiN，PSiNII)，并对其进行结构表征：然后对合成出的阻燃剂在聚丙烯(PP)中的阻燃性能及阻燃机理进行了深入的研究，并探索了这两类新型含硅大分子膨胀型阻燃剂对PP的结构与性能的影响。一．含硅的大分子阻燃剂的合成及结构表征：1)首先以二羟基硅油和氨基烷氧基硅烷为原料，合成出平均分子量为11万的氨基硅油(SiN)，同时以新戊二醇，三氯氧磷，合成得到磷酰氯(PCII)，将Si

3、N和PCtl作为原料，通过磷酰胺反应，制备得到以新戊二醇为炭源的含硅大分子膨胀型阻燃剂．I：PSiN(PSiN-A和PSiN．B)。对反应过程的中间产物以及PSiN进行结构分析表征：用傅立叶红外光谱(FTIR)，核磁共振(NMR)氢谱，碳图以及磷谱对SiN，PCII以及PSiN．A进行结构表征分析；通过在氮气和空气中的热重分析(TGA)，对PsiN的热性能进行研究，其800℃时可以获得超过30wt．％的残炭率。2)在成功地合成出PsjN的基础上，改变PSiN中的碳源骨架结构，以季戊四醇和甲基磷酸二甲酯为原料，

4、合成出具有二个活泼羟基的中间体：5，5一二羟甲基-2-甲基-2-氧一1，3，2二氧磷杂环己烷(POH)。用该中问体为原料，与制各PSiN的方法相似，合成制备得到以季戊四醇为炭源的含硅大分子阻燃剂一【l(PSiNII)。对PSiNII以及合成过程的中间产物使用FTIR，MS，NMR等手段进行上海交通大学博士学位论文了结构分析，对其热性能分别通过在氮气和空气中的TG以及高压差热分析(PDSC)进行研究，结果表明PSiNII在800℃时的残炭高达40wt．％以上。二．含硅膨胀型阻燃剂在PP中的应用研究：1)将PSi

5、N添加到聚丙烯(PP)中研究PP复合物的阻燃性能，结果表明：PSiN中同时含有有机硅基团与膨胀型阻燃体系的三要素，在提供阻燃性能时产gi协同效果。用TG研究PP／FRs复合材料时，发现这种协同作用能提高PP的热稳定性能。2)将PSiNII添加到PP中，研究其对PP阻燃性能的影响，并与常见的膨胀型阻燃剂(聚磷酸铵厚戊四醇／_--聚氰氨，APP／PER／ME)对PP的阻燃作用的提高进行比较，发现PSiNII不仅在相同的添加量下可为PP提供更高的阻燃性能，且对PP力学性能的降低较小。在对膨胀型阻燃剂三要素及有机硅元

6、素均来自不通化合物的阻燃研究中发现，同一分子中含有三要素与有机硅元素的PSiNII可以为PP提供更好的阻燃性能。通过在氮气和空气中的升温及恒温热降解，以及DSC和PDSC分析，研究了PP／PSiNII的热降解行为和热稳定性能。发现PSiNII提高了Tmax，IPDT，以及不同温度下恒温90分钟的残炭率和800℃的残炭率。3)用SEM研究PP／PSiNII的微观形貌：PSiNII加入后并不影响PP在复合材料中成为连续相。用SEM研究在不同温度下恒温10分钟后的试样：增加PSiNII添加量，降解后形成的炭层表面更

7、平滑；降解温度升高，表面也趋于平滑。用SEM观察燃烧后形成的炭层内外表面时发现：燃烧后形成的炭层外表而为致密结构，内表面为多孔的膨胀结构，且加入的PSiNII越多，形成的多孔结构越均匀致密。4)通过FTIR研究PP／PSiNII体系在400℃恒温时的结构变化：随着降解时间的增加，脂肪族链的特征吸收减小甚至消失，而P-0键和Si-0键在1000cm-。左右的吸收峰的相对强度反而增大。用Horowitz-Metzger和Doyle方法进行表观降解动力学的研究表明，添加PSiNII阻燃剂到PP体系后，对其表观降解活

8、化能有一定的影响。5)比较PSiN与PSiNII对PP的阻燃和力学性能的影响，表明碳源的不

9、司，对PP的性能与结构会产生影响。通过上述研究工作，不仅合成出含硅大分子膨胀型阻燃剂，还泔沦了其列上海交通大学博士学位论文PP性能的影响。本文的研究围绕两种不同碳源的含硅大分子膨胀型阻燃剂的合成与应用展开，体现了阻燃剂的结构与性能的关系。其创新性主要体现在以下几个方面：(1)所合成的集膨胀型阻燃剂三要素于一体