含DOPO磷硅雜化阻燃劑的設(shè)計及其阻燃環(huán)氧與聚脲樹脂性能的研究.pdf

1、高分子材料被廣泛應用于人們生活的各個領(lǐng)域，如塑料、橡膠、纖維、涂料和膠粘劑等高分子材料在世界各地需求量很大。盡管高分子材料相對于傳統(tǒng)材料有很多優(yōu)勢，但其易燃性使其在某些特殊領(lǐng)域的應用受到限制。因此對高分子材料進行阻燃處理是擴展其應用的必然途徑。含磷硅的阻燃劑是一種有廣泛應用前景的有機無機雜化阻燃劑，但有機無機雜化阻燃劑的阻燃效率是其廣泛應用的障礙。本文通過分子設(shè)計制備了一種含磷和硅的雜化阻燃劑。通過溶膠凝膠法將這種有機無機雜化阻燃劑以原

2、位聚合的方式添加到高分子中以提升高分子基體的阻燃性能，對材料的阻燃機理進行了探討。膨脹型阻燃技術(shù)、納米復合技術(shù)和溶膠凝膠技術(shù)被用來進一步提升這種含磷和硅的有機無機雜化阻燃劑的阻燃效率。主要研究內(nèi)容如下:
　　1.通過分子設(shè)計制備了一種含磷和硅的液態(tài)硅烷阻燃劑(DOPO-VTS)，通過溶膠凝膠法將其添加到環(huán)氧樹脂和環(huán)氧丙烯酸樹脂中以制備阻燃復合材料。對阻燃環(huán)氧樹脂和環(huán)氧丙烯酸樹脂的阻燃性能和阻燃機理進行了探討。極限氧指數(shù)和熱釋放表明

3、高的磷和硅添加量對環(huán)氧樹脂和環(huán)氧丙烯酸樹脂具有很好的阻燃作用。相對于環(huán)氧丙烯酸樹脂復合材料，環(huán)氧樹脂復合材料在低雜化阻燃劑的添加量的情況下展現(xiàn)出較高的阻燃效率:15wt％添加量可使材料達到UL-94(Ⅴ)0級。通過直接裂解-質(zhì)譜分析可知，有機無機雜化阻燃劑在環(huán)氧丙烯酸樹脂中的熱降解主要集中在低溫階段，而在環(huán)氧樹脂中的熱降解伴隨著整個復合材料的熱降解過程。因此這種有機無機雜化阻燃劑對環(huán)氧樹脂具有較高的阻燃效率，值得深入研究。
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4、.通過溶膠凝膠法制備了一種含磷氮硅三種阻燃元素的有機無機雜化阻燃劑，通過原位聚合法將其添加到環(huán)氧樹脂中以制備膨脹型阻燃復合材料。對阻燃劑的耐水性及其對環(huán)氧樹脂的阻燃性進行了研究。這種有機無機雜化阻燃劑相比于傳統(tǒng)阻燃劑APP具有較高的耐水性。此外，由于磷氮的協(xié)同阻燃作用，這種膨脹型阻燃體系在一定的磷氮比例情況下具有較高的阻燃效率。微型燃燒量熱儀(MCC)結(jié)果表明這種有機無機雜化阻燃劑的添加能夠明顯降低材料燃燒過程中的熱釋放峰值(pHRR)

5、和總熱釋放量(THR)。此外極限氧指數(shù)、垂直燃燒試驗和熱重分析驗證了總熱釋放量的結(jié)果。SEM、FTIR、XPS和TGA-FTIR結(jié)果表明這種含磷氮硅的有機無機雜化阻燃劑在阻燃過程中能夠同時起到氣相阻燃和和凝聚相阻燃的作用。
　　3.一種含層離石墨烯的有機無機雜化阻燃劑的制備方法（阻燃劑母粒法）被提出并制備出含層離石墨烯的有機無機雜化阻燃劑(FRs-rGO)。通過原位聚合法將所合成的雜化阻燃劑添加到環(huán)氧樹脂中。復合材料FRs-rGO

6、/EP的阻燃性能及力學性能用熱重(TGA)、垂直燃燒測試(UL-94)、極限氧指數(shù)測試(LOI)、熱釋放測試(HRR)和動態(tài)力學性能測試(DMA)來研究。FRs-rGO的添加能夠顯著提升復合材料的高溫殘?zhí)苛?。由于石墨烯的炭層增強作用和片層阻隔作用，F(xiàn)Rs-rGO/EP在阻燃劑添加量為5wt.％時能夠達到UL-94(Ⅴ)0級，展現(xiàn)出較高的阻燃效率。
　　4.通過分子設(shè)計制備了一種含基于DOPO-VTS的有機無機雜化阻燃粒子(FRs-

7、nanoparticles)并通過原位聚合法將這種雜化阻燃粒子添加到聚脲彈性體中。研究了材料的阻燃性能并對其阻燃機理進行了探討。熱重分析(TGA)表明FRs-nanoparticles能夠顯著提升復合材料的熱穩(wěn)定性，燃燒性能(MCC)表明復合材料的熱釋放峰值(pHRR)由于FRs-nanoparticles的添加而得到顯著降低。實時紅外分析(RTIR)表明FRs-nanoparticles能夠促進復合材料生成苯環(huán)結(jié)構(gòu)或者能夠提高苯環(huán)結(jié)構(gòu)

8、的熱穩(wěn)定性，而苯環(huán)結(jié)構(gòu)有助于材料燃燒過程中的成炭。復合材料的力學結(jié)果表明FRs-nanoparticles不僅能夠提升材料的阻燃性能也能夠提升材料的力學性能。
　　5.通過溶膠凝膠法用DOPO-VTS來修飾石墨烯從而形成有機無機雜化粒子修飾的石墨烯(nanoparticles-rGO)，通過改變DOPO-VTS的添加量實現(xiàn)了對nanoparticles-rGO厚度的控制。nanoparticles-rGO以不同的比例添加到聚脲彈性