本文關(guān)鍵詞：POSS的合成及其PET復(fù)合材料的制備與性能

  更多相關(guān)文章： PET POSS 環(huán)三磷腈 機(jī)械性能 熱性能 阻燃性能

【摘要】：由于價格低廉、物理性能和可加工性優(yōu)異,聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)廣泛應(yīng)用于纖維、薄膜、工程塑料等諸多領(lǐng)域。但PET易燃,融滴現(xiàn)象嚴(yán)重,限制了更加廣泛的應(yīng)用,因此需對材料進(jìn)行阻燃改性。一般阻燃整理多采用無鹵添加型阻燃劑,其中環(huán)三磷腈類阻燃劑由于其高效的阻燃性,越來越為研究者們所重視。本課題組在前期研究中合成了一種新型高效環(huán)三磷腈類阻燃劑六-(4-烯丙基醚苯氧基)環(huán)三磷腈(PACP),通過熔融共混成功制得PACP/PET復(fù)合材料,但研究發(fā)現(xiàn)添加PACP會導(dǎo)致材料機(jī)械性能的下降,因而需選擇適當(dāng)?shù)奶砑觿?在保持阻燃效果的同時,改善材料的機(jī)械性能。通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn),多面體低聚倍半硅氧烷(POSS)作為一種新型的納米有機(jī)無機(jī)雜化材料,在聚合物改性方面應(yīng)用前景廣泛。納米級的分子尺度可以用以增強(qiáng)材料的機(jī)械性能,籠狀結(jié)構(gòu)的Si-O內(nèi)核可以提高材料的耐熱性能,同時,高溫形成的Si O2覆蓋層又能賦予材料良好的阻燃性能。因此,本文合成兩種POSS納米顆粒作為添加劑,分別和阻燃劑PACP一起復(fù)配到PET基體中,旨在考察二者的協(xié)同效應(yīng)以及對PET力學(xué)性能、熱性能和阻燃性能的影響,以實現(xiàn)PET機(jī)械性能和阻燃性能之間的統(tǒng)一。研究內(nèi)容可分為以下幾個方面:(1)分別以苯基三氯硅烷(Ph Si Cl3)、乙烯基三甲氧基硅烷(C2H3Si(OCH3)3)為原料,通過水解縮合反應(yīng)合成了兩種不同結(jié)構(gòu)的POSS,即八苯基倍半硅氧烷(OPh-POSS)和八乙烯基倍半硅氧烷(OVi-POSS);利用熱重分析(TG)對二者的熱穩(wěn)定性和降解機(jī)理進(jìn)行探究,結(jié)果表明,OPh-POSS在氮氣和空氣中初始降解機(jī)理相同,在400o C之前沒有質(zhì)量損失,初始降解溫度(T-5%)發(fā)生于440o C,在850o C的殘余量分別為40.9%和30.7%,耐熱穩(wěn)定性優(yōu)異;而OVi-POSS在氮氣和空氣中的降解機(jī)理具有明顯差異,試樣在氮氣中的初始降解溫度(T-5%)僅為225o C,殘余量約為1.9%,耐熱穩(wěn)定性較差,在空氣中初始裂解溫度(T-5%)則為328o C,在850o C的殘余量高達(dá)70.0%,且失重過程在700o C趨于穩(wěn)定,表現(xiàn)出良好的耐熱氧穩(wěn)定性。(2)采用直接熔融共混的方法將OPh-POSS納米顆粒和阻燃劑PACP添加到PET中,考察兩種添加劑的引入對材料性能的影響,并對其作用機(jī)理進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,OPh-POSS顆粒在材料中的分散尺寸約為500nm,具有一定的團(tuán)聚趨勢,故對材料機(jī)械性能提升有限;OPh-POSS的加入可以改善基質(zhì)的結(jié)晶速率和結(jié)晶能力,將復(fù)合材料的結(jié)晶溫度提高了20o C以上,納米顆粒的異相成核效應(yīng)對材料結(jié)晶性能的改善起決定作用;阻燃劑PACP在復(fù)合材料中起塑化作用,使基體的玻璃化溫度降低,將OPh-POSS引入PACP/PET阻燃體系使其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度由85.7o C升高至88.5o C,同時顯著改善了體系的熱機(jī)械性能;MCC測試結(jié)果表明,OPh-POSS/PACP/PET復(fù)合材料的熱釋放速率曲線上出現(xiàn)了兩個峰值,熱釋放速率峰值和熱釋放總量分別下降至312.3W/g和14.7 k J/g,表明兩種添加劑存在著一定的協(xié)同效應(yīng),燃燒后形成致密穩(wěn)定的炭層,材料表現(xiàn)出良好的阻燃性能。(3)采用溶液預(yù)分散的方法將OVi-POSS納米顆粒和阻燃劑PACP一起包覆于PET切片上,再經(jīng)熔融共混制備OVi-POSS/PACP/PET復(fù)合材料,以提高POSS納米顆粒的分散程度,考察兩種添加劑的引入對材料性能的影響,并對其作用機(jī)理進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,采用溶液預(yù)分散的方法可以有效抑制共混過程中POSS顆粒在PET基體中的團(tuán)聚,OVi-POSS在PET基體中分散較為均勻(尺寸100~200nm左右),添加1.0%OVi-POSS可使PET的斷裂強(qiáng)度由38.12MPa提高至64.37MPa,顯著提高了PET基體的斷裂強(qiáng)度,彌補(bǔ)了阻燃劑PACP引入導(dǎo)致材料力學(xué)性能下降的不足;OVi-POSS的加入同樣改善基質(zhì)的結(jié)晶速率和結(jié)晶能力,將基體的結(jié)晶溫度提高了約35o C;OVi-POSS的引入亦提高了PET的玻璃化溫度和熱穩(wěn)定性;OVi-POSS/PACP/PET復(fù)合材料熱釋放速率曲線上均為單一放熱峰,燃燒后復(fù)合材料形成褶皺狀致密炭層,隔絕熱量和氣體的傳遞,提高基體的阻燃性能。
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB332

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本文編號：1222039