有机-无机杂化膨胀阻燃剂改性热固性树脂的研究

摘要

高分子材料的易燃性成为制约其在尖端领域应用的一个―瓶颈‖。众多研究证明，添加阻燃剂是提高高分子材料阻燃性的一种主要途径。但是现存的阻燃剂仍然存在添加量高、阻燃效率低、与树脂结合力差等问题。因此，高效阻燃剂的设计与制备成为了高分子材料阻燃研究的重点领域。而且该方向不仅具有巨大的科研价值而且具备广阔的应用市场。
　　本文制备了具有有机-无机杂化结构的膨胀阻燃剂。氰酸酯树脂（CE）作为一种重要的热固性树脂，拥有优异的性能并在许多尖端领域有很多重要的应用。因此本文选用氰酸酯树脂（CE）来作为作为基体树脂。并且将阻燃剂应用到氰酸酯（CE）,树脂中研究阻燃剂对树脂的综合性能的影响。
　　首先，在可膨胀石墨表面逐步接枝作为酸源、炭源、气源的单体。利用傅里叶变换红外（FTIR）光谱、拉曼光谱（Raman）、扫描透射显微镜（STEM）等测试对其结构进行了表征。结果显示通过三氯氧磷（POCl3）、季戊四醇（PER）、异氰尿酸三缩水甘油酯（TGIC）的化学反应，在可膨胀石墨表面实现了化学膨胀阻燃剂的包覆。最终获得了拥有有机-无机杂化结构的杂化型膨胀阻燃剂（hIFR）。热重分析（TGA）对EG和hIFR的热稳定性和成炭性能进行了表征。通过热重分析，计算hIFR的有机包覆层的包覆率为17.65 wt%。另外，利用Raman、扫描电子显微镜（SEM）对两种阻燃剂的残炭进行表征。经过燃烧处理后，hIFR形成了比EG更为致密的炭层。
　　其次，分别制备了EG/CE和hIFR/CE树脂，探究阻燃剂对树脂固化性能、介电性能、热性能和阻燃性能的影响。结果显示, hIFR的添加能有效的降低CE树脂的固化温度，当hIFR添加量的20wt%时，固化放热峰向低温移动了66oC。在当hIFR添加量为5wt%时，hIFR/CE树脂的氧指数（OI）从27%提升到38%。同时hIFR/CE树脂的热释放速率峰值（PHRR）和总热释放量（THR）仅是CE树脂的32.3%和23.1%。在相同添加量下，hIFR/CE树脂的阻燃性明显优于EG/CE树脂，证明了hIFR是一种更好的阻燃剂。树脂的热降解动力学分析显示，CE树脂在转化率到达45%时，达到Ea的最大值190.9 kJ mol-1。而EG5/CE树脂Ea值在转化率为55%时，达到最大值343.7 kJ mol-1。在hIFR5/CE树脂中，它的分别在转化率为20%和50%处达到两个峰值。这说明hIFR/CE树脂具有不同的降解行为和机理。hIFR独特的杂化结构赋予了它优异的阻燃性能。

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第1章 文献综述

1.1前言

1.2聚合物的燃烧与阻燃性

1.3高聚物阻燃剂的种类及研究现状

1.4 选题意义和研究内容

第2章 新型有机-无机杂化膨胀阻燃剂的研究

2.1 前言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4小结

第3章 有机-无机杂化膨胀阻燃剂改性氰酸酯树脂的研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4小结

第4章 结 论

参考文献

硕士期间发表/撰写的论文、专利

致谢