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

1、高分子材料被廣泛應(yīng)用于人們生活的各個(gè)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(duì)于傳統(tǒng)材料有很多優(yōu)勢(shì)，但其易燃性使其在某些特殊領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制。因此對(duì)高分子材料進(jìn)行阻燃處理是擴(kuò)展其應(yīng)用的必然途徑。含磷硅的阻燃劑是一種有廣泛應(yīng)用前景的有機(jī)無(wú)機(jī)雜化阻燃劑，但有機(jī)無(wú)機(jī)雜化阻燃劑的阻燃效率是其廣泛應(yīng)用的障礙。本文通過(guò)分子設(shè)計(jì)制備了一種含磷和硅的雜化阻燃劑。通過(guò)溶膠凝膠法將這種有機(jī)無(wú)機(jī)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(duì)材料的阻燃機(jī)理進(jìn)行了探討。膨脹型阻燃技術(shù)、納米復(fù)合技術(shù)和溶膠凝膠技術(shù)被用來(lái)進(jìn)一步提升這種含磷和硅的有機(jī)無(wú)機(jī)雜化阻燃劑的阻燃效率。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.通過(guò)分子設(shè)計(jì)制備了一種含磷和硅的液態(tài)硅烷阻燃劑(DOPO-VTS)，通過(guò)溶膠凝膠法將其添加到環(huán)氧樹(shù)脂和環(huán)氧丙烯酸樹(shù)脂中以制備阻燃復(fù)合材料。對(duì)阻燃環(huán)氧樹(shù)脂和環(huán)氧丙烯酸樹(shù)脂的阻燃性能和阻燃機(jī)理進(jìn)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(duì)環(huán)氧樹(shù)脂和環(huán)氧丙烯酸樹(shù)脂具有很好的阻燃作用。相對(duì)于環(huán)氧丙烯酸樹(shù)脂復(fù)合材料，環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)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(dá)到UL-94(Ⅴ)0級(jí)。通過(guò)直接裂解-質(zhì)譜分析可知，有機(jī)無(wú)機(jī)雜化阻燃劑在環(huán)氧丙烯酸樹(shù)脂中的熱降解主要集中在低溫階段，而在環(huán)氧樹(shù)脂中的熱降解伴隨著整個(gè)復(fù)合材料的熱降解過(guò)程。因此這種有機(jī)無(wú)機(jī)雜化阻燃劑對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂具有較高的阻燃效率，值得深入研究。
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4、.通過(guò)溶膠凝膠法制備了一種含磷氮硅三種阻燃元素的有機(jī)無(wú)機(jī)雜化阻燃劑，通過(guò)原位聚合法將其添加到環(huán)氧樹(shù)脂中以制備膨脹型阻燃復(fù)合材料。對(duì)阻燃劑的耐水性及其對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂的阻燃性進(jìn)行了研究。這種有機(jī)無(wú)機(jī)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(jī)無(wú)機(jī)雜化阻燃劑的添加能夠明顯降低材料燃燒過(guò)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(yàn)和熱重分析驗(yàn)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(jī)無(wú)機(jī)雜化阻燃劑在阻燃過(guò)程中能夠同時(shí)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(jī)無(wú)機(jī)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(jī)無(wú)機(jī)雜化阻燃劑(FRs-rGO)。通過(guò)原位聚合法將所合成的雜化阻燃劑添加到環(huán)氧樹(shù)脂中。復(fù)合材料FRs-rGO

6、/EP的阻燃性能及力學(xué)性能用熱重(TGA)、垂直燃燒測(cè)試(UL-94)、極限氧指數(shù)測(cè)試(LOI)、熱釋放測(cè)試(HRR)和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試(DMA)來(lái)研究。FRs-rGO的添加能夠顯著提升復(fù)合材料的高溫殘?zhí)苛?。由于石墨烯的炭層增?qiáng)作用和片層阻隔作用，F(xiàn)Rs-rGO/EP在阻燃劑添加量為5wt.％時(shí)能夠達(dá)到UL-94(Ⅴ)0級(jí)，展現(xiàn)出較高的阻燃效率。
　　4.通過(guò)分子設(shè)計(jì)制備了一種含基于DOPO-VTS的有機(jī)無(wú)機(jī)雜化阻燃粒子(FRs-

7、nanoparticles)并通過(guò)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(duì)其阻燃機(jī)理進(jìn)行了探討。熱重分析(TGA)表明FRs-nanoparticles能夠顯著提升復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性，燃燒性能(MCC)表明復(fù)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(shí)時(shí)紅外分析(RTIR)表明FRs-nanoparticles能夠促進(jìn)復(fù)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(guò)程中的成炭。復(fù)合材料的力學(xué)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(xué)性能。
　　5.通過(guò)溶膠凝膠法用DOPO-VTS來(lái)修飾石墨烯從而形成有機(jī)無(wú)機(jī)雜化粒子修飾的石墨烯(nanoparticles-rGO)，通過(guò)改變DOPO-VTS的添加量實(shí)現(xiàn)了對(duì)nanoparticles-rGO厚度的控制。nanoparticles-rGO以不同的比例添加到聚脲彈性