新型含磷超支化聚硅氧烷改性氰酸酯树脂的研究

摘要

高分子材料(PolymerMaterial)是以高分子化合物为基础的材料。高分子材料独特的结构和易改性、易加工特点使其具有其他材料不可比拟、不可取代的优异性能，从而广泛用于科学技术、国防建设和国民经济各个领域，并已成为现代社会生活中衣食住行用各个方面不可缺少的材料。与金属材料、无机非金属材料相同，高分子材料已经成为科学技术、经济建设中的重要材料。
　　 氰酸酯树脂(CE)树脂是一种具有独特性能的高分子材料，也是一种高性能热固性树脂。由于具有优异的介电性能、突出的耐热性、良好的综合力学性能，氰酸酯被公认为是“二十一世纪制备结构一功能材料的最具竞争力的树脂品种”，在电子电器、航空航天等尖端领域显示出巨大的应用前景。但是，与其他热固性树脂类似，该树脂存在脆性大、固化温度高等问题。与此同时，随着科技的不断进步，对高分子材料其他方面的性能如阻燃性能、力学性能以及热性能提出了越来越高的要求。因而，开展通过引入适当的阻燃剂使得氰酸酯树脂获得低固化温度，良好的力学性能，热性能以及阻燃性能具有重要科学意义及巨大应用前景。本文即是围绕这个主题而展开的。
　　 我们制备了两种不同的新型含磷含硅阻燃剂：含磷杂菲结构与环氧基超支化聚硅氧烷以及含磷杂菲结构与苯基超支化聚硅氧烷，通过有意识地控制基团的种类以及不同基团的比例，以求获得最优的综合性能。
　　 首先，从分子结构设计的角度出发，通过KH560的受控水解，合成了含环氧基超支化聚硅氧烷，然后通过DOPO与环氧基超支化聚硅氧烷反应生成新型含磷杂菲结构与环氧基超支化聚硅氧烷(EP-HPSi)，将其应用于氰酸酯树脂(CE)中，对阻燃剂中DOPO的含量以及在改性树脂中含磷杂菲结构与环氧基超支化聚硅氧烷的含量两个因素进行了深入的探讨。研究结果表明，经改性CE树脂的性能与以上两个因素密切相关。与CE树脂相比，具有低固化温度的同时，在优良力学性能，热性能以及阻燃性能都得到了提高。例如：EP-HPSi/CE体系树脂的固化温度均比CE树脂的低40-80℃，而且前者的冲击强度与弯曲强度分别是后者的1.6-2.2倍和1.3倍。这种有趣的现象主要归因于EP-HPSi的特殊结构对其固化行为以及交联密度的影响。此外，相对于CE树脂的LOI值(26％)，EP-HPSi/CE的LOI值可达到32-38％，这主要取决于磷硅协同阻燃的作用。
　　 其次，我们通过含磷杂菲结构的三烷氧基硅烷与苯基三甲氧基硅烷的受控水解，合成了含大量磷杂菲结构、苯基以及羟基的新型超支化聚硅氧烷(PhP-HPSi)，将其对CE树脂进行改性。并对DOPO与苯基的含量比以及含磷杂菲结构与苯基超支化聚硅氧烷在改性树脂中的比例两个因素对其固化反应性，力学性能以及阻燃性能进行深入研究探讨。经研究发现，与CE树脂相比，经含磷杂菲结构与苯基超支化聚硅氧烷改性的CE树脂具有低固化温度、优异力学性能、热性能以及良好阻燃性能。

目录

声明

第1章 文献综述

1.1 前言

1.2 高聚物阻燃剂的阻燃理论与阻燃机理

1.2.1 高聚物的燃烧机理

1.2.2 高聚物阻燃理论

1.2.3 高聚物阻燃机理

1.3 高聚物阻燃剂的概述

1.3.1 高聚物阻燃剂的分类

1.3.2 阻燃剂在高聚物中应用研究进展

1.3.3 发展前景及展望

1.4 选题意义和研究内容

第2章 新型含磷杂菲结构与环氧基超支化聚硅氧烷阻燃剂的研究

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1 实验材料

2.2.2 EP-HPSi的制备

2.2.3 CE树脂的制备

2.2.4 EP-HPSi/CE改性树脂的制备

2.2.5 结构表征与性能测试

2.3 结果与讨论

2.3.1 EP-HPSi的结构分析

2.3.2 EP-HPSi/CE的反应性

2.3.3 EP-HPSi/CE的固化特性

2.3.4 EP-HPSi/CE的阻燃性能

2.3.5 EP-HPSi/CE的力学性能

2.3.6 EP-HPSi/CE自由体积特性

2.4 小结

第3章 含磷杂菲结构与苯基超支化聚硅氧烷改性氰酸酯树脂的研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 实验原料

3.2.2 PhP-HPSi的合成

3.2.3 CE树脂的制备

3.2.4 PhP-HPSi/CE树脂的制备

3.2.5 结构表征与性能测试

3.3 结果与讨论

3.3.1 PhP-HPSi的结构分析

3.3.2 PhP-HPSi/CE的固化反应动力学

3.3.3 PhP-HPSi/CE的力学性能

3.3.4 PhP-HPSi/CE的介电性能

3.3.5 PhP-HPSi/CE的阻燃性能

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