介孔二氧化硅的有机改性及其阻燃环氧树脂复合材料的燃烧性能研究

摘要

为了解决环氧树脂的难题，本论文总结了阻燃环氧树脂材料的研究历程，从分子设计的角度，将磷氮阻燃大分子引入到介孔二氧化硅表面，合成了不同磷氮硅协效阻燃功能化介孔二氧化硅纳米阻燃剂，赋予介孔二氧化硅催化成炭和抑烟减毒的阻燃功效。研究了磷氮阻燃分子修饰的介孔二氧化硅对环氧树脂热降解过程、热稳定性和燃烧性能的影响。通过分析环氧复合材料热解气体和炭渣的演化，揭示了有机改性的介孔二氧化硅/环氧树脂复合材料的阻燃机制。本论文的具体研究进展如下:
　　1.通过(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷和正硅酸四乙酯之间的共缩聚反应合成巯基化介孔二氧化硅，通过“硫醇-烯烃”反应将超支化聚磷酸酯丙烯酸酯(HPPA)接枝到介孔二氧化硅表面上，然后将其引入到环氧树脂体系中，研究发现超支化聚磷酸酯丙烯酸酯修饰的介孔二氧化硅提高了炭渣的成炭量、致密度和石墨化程度，因此增强了复合材料的热稳定性和阻燃性能，同时在燃烧过程中抑烟减毒。
　　2.通过正硅酸四甲酯和3-氨丙基三甲氧基硅烷之间共缩聚反应来合成了氨基化介孔二氧化硅，然后与六氯环三磷腈、己二胺分子多次反应，制备了磷氮硅协效阻燃的超支化环三磷腈聚合物接枝的介孔二氧化硅纳米杂化材料。将介孔二氧化硅纳米杂化材料添加到环氧基体中，制备了环氧复合材料，研究发现功能化介孔二氧化硅能够提高环氧基体的阻燃性能和抑烟减毒效果。复合材料的炭渣分析结果揭示了炭渣的成炭量增多，致密度和石墨化程度也得到提高，能够抑制可燃性气相产物的释放以及阻隔燃烧热和氧气对基体的渗透。
　　3.通过正硅酸四乙酯和3-(三羟基甲硅烷基)丙基甲基膦酸单钠盐之间的共缩聚反应来合成磷酸根介孔二氧化硅，再通过层层自组装法将壳聚糖和三聚磷酸钠分子静电吸附到介孔二氧化硅的表面，合成功能化二氧化硅膨胀型纳米阻燃剂。采用了热重分析、锥形量热仪和热重-红外(TG-IR)联用技术来研究壳聚糖和三聚磷酸钠分子包覆的介孔二氧化硅对环氧树脂复合材料的热稳定性、阻燃性能和烟气毒性的影响。同时基于炭渣和热解气相产物的分析，解释了复合材料可能的阻燃机理。

目录

声明

摘要

缩略语中英文对照表

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 环氧树脂的概述

1．3 阻燃环氧树脂的研究进展

1．3．1 共混型无卤阻燃环氧树脂

1．3．2 反应型阻燃环氧树脂

1．3．3 阻燃环氧树脂纳米复合材料

1．4 介孔二氧化硅概述

1．5 二氧化硅在环氧树脂复合材料中的阻燃应用

1．6 本论文的研究思路及研究内容

1．6．1 研究思路

1．6．2 研究内容

参考文献

第二章 超支化聚磷酸酯丙烯酸酯接枝介孔二氧化硅及其环氧复合材料性能的研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂

2．2．3 含磷丙烯酸酯单体(TAEP)的合成

2．2．4 超支化聚磷酸酯丙烯酸酯(HPPA)的合成

2．2．5 HPPA-SH-mSiO2杂化材料的制备

2．2．7 仪器与表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 HPPA化学结构的表征

2．3．2 HPPA-SH-mSiO2杂化材料的结构表征

2．3．3 环氧及其复合材料的热稳定性

2．3．4 环氧及其复合材料的燃烧性能

2．3．5 环氧及其复合材料热解气相产物的分析

2．3．6 环氧及其复合材料固相产物的分析

2．4 本章小结

参考文献

第三章 超支化环三磷腈聚合物接枝介孔二氧化硅／环氧复合材料的制备、热稳定性和阻燃性能的研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂

3．2．4 超支化环三磷腈聚合物接枝的介孔二氧化硅(HBP-NH2-mSiO2)的制备

3．2．5 EP／HBP-NH2-mSiO2复合材料的制备

3．2．6 仪器与表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 HBP-NH2-mSiO2杂化材料的形貌、结构和组成的表征

3．3．2 环氧及其复合材料的热稳定性和热降解过程

3．3．3 环氧及其复合材料的燃烧性能

3．3．4 环氧及其复合材料的固相产物分析

3．3．5 环氧及其复合材料的气相产物分析

3．4 本章小结

参考文献

第四章 层层自组装构筑磷氮型介孔二氧化硅及其环氧复合材料的制备、性能与阻燃机理的研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂

4．2．4 EP／SiO2-P-CS-STP复合材料的制备

4．2．5 仪器与表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 SiO2-P-CS-STP杂化材料的形貌、结构和元素组成的表征

4．3．2 环氧及其复合材料的热稳定性和热降解过程

4．3．3 环氧及其复合材料的燃烧性能

4．3．4 环氧及其复合材料的固相产物分析

4．3．5 环氧及其复合材料的气相产物分析

4．4 本章小结

参考文献

第五章 全文工作总结及进一步工作展望

5．1 全文总结

5．2 本论文创新之处

5．3 本论文不足之处

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果