新型磷硅硼阻燃劑的制備及其在環(huán)氧樹脂中的應(yīng)用.pdf

1、環(huán)氧樹脂是一類強(qiáng)度高，電性能好，粘接力強(qiáng)，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(yīng)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(lǐng)域的應(yīng)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(shè)計(jì)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(yīng)用于阻燃環(huán)氧樹脂，制備了磷硅硼/環(huán)氧樹脂（PSiB/EP）復(fù)合材料，通過多

2、種分析測(cè)試手段研究阻燃劑的引入對(duì)環(huán)氧樹脂力學(xué)性能、熱性能以及阻燃性能的影響，同時(shí)通過對(duì)PSiB/EP復(fù)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(jī)理。此外，本文通過在PSiB/EP復(fù)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(fù)合材料，研究MWCNTs/PSiB/EP復(fù)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(jī)理。具體研究?jī)?nèi)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(duì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性能進(jìn)行了表征。結(jié)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(dú)添加到環(huán)氧樹脂中，研究了PSiB阻燃劑的添加對(duì)環(huán)氧樹脂力學(xué)性能、熱性能和阻燃性能的影響。研究結(jié)果表明，PSiB阻燃劑的添加可明顯提高復(fù)合材料的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性能和阻燃性能。當(dāng)PSiB阻燃劑含量達(dá)到10%時(shí)，沖擊強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度同時(shí)達(dá)到最大值，分別增加了40.32%和14.83%。掃描電鏡（SEM）結(jié)果表明，PSiB阻燃劑的添加可使樹脂體系由脆性斷裂轉(zhuǎn)化為韌性斷裂。熱重分析（TGA）和動(dòng)態(tài)機(jī)械分析（DMA）

5、結(jié)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(zhuǎn)變溫度（Tg）下降。極限氧指數(shù)（LOI）測(cè)試結(jié)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(shì)。當(dāng)PSiB阻燃劑添加量達(dá)到20%時(shí)，極限氧指數(shù)可達(dá)到28.4%。熱降解結(jié)果表明，PSiB/EP復(fù)合材料在25～288℃時(shí)主要是水分的蒸發(fā)和-OH脫水；355℃和420℃時(shí)，P=O、C=O和C-H降解，苯環(huán)發(fā)生破壞，520℃和600℃時(shí)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(fù)配添加到環(huán)氧樹脂中，研究了PSiB阻燃劑和MWCNTs的添加對(duì)環(huán)氧樹脂力學(xué)性能、熱性能和阻燃性能的影響。研究結(jié)果表明，MWCNTs的添加明顯提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能、熱性能和阻燃性能。當(dāng)MWCNTs的含量達(dá)到0.3%時(shí)，沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大值17.6kJ/m2，當(dāng)MWCNTs的含量達(dá)到0.2%時(shí)，彎曲強(qiáng)度達(dá)到最大值87.8MPa。TGA和DMA結(jié)果表明，隨著MWCNTs添加量的

7、增加，熱穩(wěn)定性會(huì)提高，同時(shí)Tg也會(huì)提高，當(dāng)MWCNTs的含量達(dá)到0.4%時(shí)，Tg可達(dá)132.2℃。LOI測(cè)試結(jié)果表明，隨著MWCNTs添加量的增加，LOI呈遞增趨勢(shì)。當(dāng)MWCNTs添加量為0.4%并且PSiB含量為15%時(shí)，LOI可達(dá)到32.8%。熱降解結(jié)果表明，MWCNTs/PSiB/EP復(fù)合材料在25～340℃時(shí)主要發(fā)生水分的蒸發(fā)和-OH脫水；400℃和480℃時(shí)，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