论文部分内容阅读
本文以DOPO为原料,分别合成了一系列含DOPO结构的磷硅聚合物阻燃剂以及磷氮硅聚合物阻燃剂,并将该阻燃剂分别应用到PC/ABS和甲基乙烯基硅橡胶中。研究了不同结构的聚合物阻燃剂对材料的相容性和阻燃性能的影响,探讨多元素对材料的协同阻燃作用。所做工作主要分为以下几个部分:1、含DOPO结构的磷硅聚合物阻燃剂的制备及其应用通过DOPO的活泼P-H基团,将DOPO与甲基乙烯基二甲氧基硅烷（VMDMS）反应,通过水解与脱水聚合反应,得到一种聚磷硅氧烷阻燃剂（DOPO-VMDMS）;随后将该磷硅聚合物与D4、D4Vi以及封端剂（MM）,在碱胶的作用下,聚合制备含DOPO结构的磷硅聚合阻燃剂FRSR;确定了最优的制备条件:即催化剂为碱胶、聚合反应温度为90-110℃,反应时间为2h,封端剂的用量为反应体系总质量的0.1%,最终产率83%。通过FTIR、NMR、GPC对该阻燃剂的结构和性能进行了表征,证明了所得聚合物为目标产物;TGA结果表明该聚合物具有较好的热稳性。将阻燃剂FRSR以不同的比例添加到PC/ABS中,通过极限氧指数（LOI）、垂直燃烧（UL-94）、热重分析（TGA）以及SEM对阻燃材料进行热性能分析。结果表明,添加阻燃剂FRSR可以明显的提升PC/ABS合金的氧指数和垂直燃烧等级。通过SEM观察垂直燃烧后的碳层（内、外）发现,相比PC/ABS,阻燃PC/ABS的炭层的外层是致密的,而内部炭层的孔径也小了很多,比较致密;这种炭层结构可以阻止材料在燃烧时热量的传递,起到隔热隔氧的作用。阻燃材料的TGA的结果表明,加入20%的阻燃剂可以明显提升PC/ABS燃烧后的残炭量;此外,SEM观察了阻燃剂FRSR在PC/ABS中的相容性,结果表明阻燃剂FRSR在PC/ABS中相容性不是很好。将阻燃剂FRSR（或者FRSR与Al（OH）3复配物）以不同的比例添加到110型甲基乙烯基硅橡胶中,采用热重分析对硅橡胶和阻燃硅橡胶的热稳定性进行分析。采用LOI测试和UL94对阻燃硅橡胶的阻燃性能进行了测试,结果表明在相同的添加量的情况下,Al（OH）3对硅橡胶的氧指数提升比阻燃剂FRSR要高;单独使用Al（OH）3或者阻燃剂FRSR时,虽然对硅橡胶的氧指数有一定的提升,但UL-94防火等级仍然不够,仅当二者的比例在1:1时,阻燃效果最好;当复配阻燃剂的添加量仅为20%时,UL-94测试可达到V1级别。热重分析（TGA）表明,添加20%的阻燃剂（Al（OH）3:阻燃剂=1:1）时,可以实现甲基乙烯基硅橡胶的更高的成炭率和更慢的降解速率。2、含DOPO结构的磷氮硅聚合物阻燃剂的制备及其应用以对氨基苯酚和对羟基苯甲醛为原料,得到亚胺化合物;将产物与DOPO反应后,进一步与溴丙烯、溴丙炔反应得到2种氮磷化合物;最后,氮磷化合物与双层倍半硅氧烷在karstedt催化剂的作用下,进行硅氢加成反应得到2种新型的含DOPO结构的磷氮硅聚合物阻燃剂DDSQ-N-P-yne（或ene）,并对硅氢加成的反应机理进行了探讨。通过核磁1H、29Si以及凝胶色谱法对该聚合物阻燃剂的结构进行了表征,与其结构相吻合。经热重分析,该聚合物具有很好的热稳定性。最后将该阻燃剂应用到PC/ABS合金中,设计并制备十五组样品,分别研究了不同组分、不同添加量对复合材料PC/ABS阻燃性能和相容性的影响,热重分析（TGA）的结果表明:通过增加阻燃剂DDSQ-N-P-yne（或ene）在PC/ABS中含量,可以实现复合材料的更高的炭产率和更慢的降解速率。SEM结果表明聚物DDSQ-N-P-yne在PC/ABS合金中的相容性比聚合物DDSQ-N-P-ene在PC/ABS合金中的相容性要好,说明双键在材料中发生了作用,使得材料的相容性更好。LOI,UL-94和微量热计结果表明:当DDSQ-N-P-yne（或ene）的添加量为10wt%时,PC/ABS复合材料的阻燃性具有明显的改善。PC/ABS的HRR和THR分别从537.4W/g降低到270.5（344.6）W/g,24.7KJ/g降低到23.2（23.6）KJ/g,UL-94等级可以达到V-0（3.2mm）。UL94燃烧后的碳层,通过SEM显微照片,分析表明炭层的表面是致密的保护炭层,可以阻止高分子进一步的燃烧。所有这些结果表明,在主链中具有双层硅倍半氧烷的新型磷氮硅聚合物阻燃剂在PC/ABS合金中显示出优异的阻燃性性能。