新型磷硅硼阻燃劑的制備及其在環(huán)氧樹脂中的應用.pdf

1、環(huán)氧樹脂是一類強度高，電性能好，粘接力強，處理和加工方便，固化過程中收縮率和線膨脹系數(shù)低的熱固型樹脂，廣泛應用于建筑材料和電子原件等方面。然而，環(huán)氧樹脂卻很難滿足一些耐高溫耐熱性和阻燃領域的應用。目前，已經(jīng)開發(fā)了許多方法來提高其熱穩(wěn)定性和阻燃性。
　　本文通過分子設計合成了一種基于籠型倍半硅氧烷的集磷硅硼三種阻燃元素于一體的磷硅硼（PSiB）阻燃劑，并將其應用于阻燃環(huán)氧樹脂，制備了磷硅硼/環(huán)氧樹脂（PSiB/EP）復合材料，通過多

2、種分析測試手段研究阻燃劑的引入對環(huán)氧樹脂力學性能、熱性能以及阻燃性能的影響，同時通過對PSiB/EP復合材料的阻燃性能、降解過程的研究，揭示這類阻燃劑的阻燃機理。此外，本文通過在PSiB/EP復合材料中添加碳納米管（MWCNTs），制備碳納米管/磷硅硼阻燃劑/環(huán)氧樹脂（MWCNTs/PSiB/EP）復合材料，研究MWCNTs/PSiB/EP復合材料的阻燃性能以及降解過程，以揭示MWCNTs和PSiB的協(xié)同阻燃機理。具體研究內容如下：

3、r>　　1.以γ-(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷（KH560）、9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物(DOPO)和硼酸為單體制備了PSiB阻燃劑，利用傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR）、核磁共振波譜儀（NMR）和熱重分析儀（TG）對產(chǎn)物的結構和熱穩(wěn)定性能進行了表征。結果表明，空氣氣氛下，PSiB阻燃劑的起始分解溫度為248℃，最大分解速率溫度為421℃，800℃剩余殘留量為37.72％，殘?zhí)苛扛撸瑹岱€(wěn)定性較好。

4、r>　　2.將PSiB阻燃劑單獨添加到環(huán)氧樹脂中，研究了PSiB阻燃劑的添加對環(huán)氧樹脂力學性能、熱性能和阻燃性能的影響。研究結果表明，PSiB阻燃劑的添加可明顯提高復合材料的力學性能、熱穩(wěn)定性能和阻燃性能。當PSiB阻燃劑含量達到10%時，沖擊強度和彎曲強度同時達到最大值，分別增加了40.32%和14.83%。掃描電鏡（SEM）結果表明，PSiB阻燃劑的添加可使樹脂體系由脆性斷裂轉化為韌性斷裂。熱重分析（TGA）和動態(tài)機械分析（DMA）

5、結果表明，隨著PSiB阻燃劑添加量的增加，熱穩(wěn)定性提高，但玻璃化轉變溫度（Tg）下降。極限氧指數(shù)（LOI）測試結果表明，隨著PSiB阻燃劑添加量的增加，極限氧指數(shù)呈遞增趨勢。當PSiB阻燃劑添加量達到20%時，極限氧指數(shù)可達到28.4%。熱降解結果表明，PSiB/EP復合材料在25～288℃時主要是水分的蒸發(fā)和-OH脫水；355℃和420℃時，P=O、C=O和C-H降解，苯環(huán)發(fā)生破壞，520℃和600℃時主要是P-C、P-Ph降解和剩余

6、殘留物氧化降解。
　　3.將PSiB阻燃劑與MWCNTs復配添加到環(huán)氧樹脂中，研究了PSiB阻燃劑和MWCNTs的添加對環(huán)氧樹脂力學性能、熱性能和阻燃性能的影響。研究結果表明，MWCNTs的添加明顯提高了復合材料的力學性能、熱性能和阻燃性能。當MWCNTs的含量達到0.3%時，沖擊強度達到最大值17.6kJ/m2，當MWCNTs的含量達到0.2%時，彎曲強度達到最大值87.8MPa。TGA和DMA結果表明，隨著MWCNTs添加量的

7、增加，熱穩(wěn)定性會提高，同時Tg也會提高，當MWCNTs的含量達到0.4%時，Tg可達132.2℃。LOI測試結果表明，隨著MWCNTs添加量的增加，LOI呈遞增趨勢。當MWCNTs添加量為0.4%并且PSiB含量為15%時，LOI可達到32.8%。熱降解結果表明，MWCNTs/PSiB/EP復合材料在25～340℃時主要發(fā)生水分的蒸發(fā)和-OH脫水；400℃和480℃時，C-H降解，苯環(huán)發(fā)生破壞，P=O降解完全，C=O部分降解；560℃和