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近年来,无卤阻燃已经成为高分子材料阻燃领域中的一个新的发展方向,无卤阻燃剂的研发与无卤阻燃材料的研制已成为阻燃领域的攻关课题。本文研究的重点是制备基于硅倍半氧烷的一系列具有T8笼形结构的新型无卤阻燃剂DPP-POSS、DPOP-POSS和DOPO-POSS,并把制得的三种含磷POSS用于阻燃环氧树脂(EP),研究其阻燃EP的机理。该研究为无卤阻燃剂的研究拓宽了方向。同时,在前期对环梯形聚苯基硅倍半氧烷(CL-PPSQ)合成与表征的基础上,研究CL-PPSQ的扩大合成工艺,实现了CL-PPSQ千克级制备,并对合成产物进行结构与性能的表征。本文研究内容主要包括3部分。(1)合成一系列具有T8笼形结构的新型无卤阻燃剂DPP-POSS、DPOP-POSS和DOPO-POSS。本文DPP(二苯基膦)、DPOP(二苯基氧膦)和DOPO(9,10-二氢-9-氧杂-10-膦菲-10-氧杂)为原料,通过具有T8笼形结构的八乙烯基低聚笼形硅倍半氧烷(OV-POSS)与DPP、DPOP和DOPO的加成反应,制得具有完整T8笼形结构的新型无卤阻燃剂DPP-POSS、DPOP-POSS和DOPO-POSS。DPP-POSS、DPOP-POSS和DOPO-POSS均含有硅、磷两种阻燃元素,并且具有较高的热稳定性。(2)研究DPP-POSS、DPOP-POSS和DOPO-POSS对环氧树脂的阻燃机理。将DPP-POSS、DPOP-POSS和DOPO-POSS添加到DGEBA/DDS环氧树脂中获得新型的阻燃EP复合材料。研究表明DPP-POSS、DPOP-POSS和DOPO-POSS阻燃环氧树脂,存在吹熄阻燃效应,能明显提高EP的阻燃性。由于三种含磷POSS中磷、硅两元素的协同阻燃作用,含量很低时就能起到对EP的高效阻燃作用;DPP-POSS、DPOP-POSS和DOPO-POSS同时作用于凝聚相和气相,可以诱导凝聚相的成炭和膨胀、抑制气相中的火焰。(3)研究CL-PPSQ的放大制备实现50L反应釜的CL-PPSQ方法合成工艺,直接CL-PPSQ的产量达到了1.5kg级。同时,对从CL-PPSQ制备体系中分离提取的低聚物苯基硅倍半氧烷(pre-PSQ)进行了表征分析,发现pre-PSQ是低聚低规整的硅倍半氧烷化合物,仍具很高的热稳定性。pre-PSQ用于阻燃聚碳酸酯时,仍具很好的阻燃效果。与环梯形结构的聚苯基硅倍半氧烷(CL-PPSQ)相比,8wt%pre-PSQ和6wt%的CL-PPSQ对PC具有相同阻燃效果。