發(fā)布時間：2021-03-04 01:04

　　眾所周知,環(huán)氧樹脂（EP）以其優(yōu)良的性能廣泛應用于涂料、粘合劑、電子器件、航空航天等領域。然而,作為一種聚合物,EP易燃且燃燒時釋放大量的熱和有毒煙霧,存在嚴重的火災隱患。因此,改善EP的阻燃性能是十分重要的研究課題。近年來,綠色無鹵化和多元素協(xié)同阻燃已經(jīng)成為阻燃劑開發(fā)的重要趨勢,含硅、磷、氮元素的阻燃劑在提升EP阻燃性能方面效果顯著。本論文主要針對無機硅系阻燃劑阻燃效率低的關鍵問題,通過簡便可控的原位聚合法制備出兩種具有核殼結構的復合阻燃劑:聚磷酸銨（APP）包覆的高嶺土和三聚氰胺甲醛樹脂（MF）包覆的二氧化硅（SiO₂）,重點圍繞阻燃劑制備條件的優(yōu)化以及阻燃劑在EP中的阻燃性能展開研究。主要研究工作如下:（1）以高嶺土、磷酸和尿素為原料制備APP-高嶺土阻燃劑。通過傅里葉紅外光譜（FT-IR）、X射線粉末衍射（XRD）和掃描電子顯微鏡（SEM）考察了阻燃劑的微觀結構,研究了原料配比和固化溫度對阻燃劑微觀形貌和產(chǎn)率的影響,通過調(diào)控制備條件獲得了具有高產(chǎn)率和較高分解溫度的阻燃劑。最佳條件下制備的阻燃劑顆粒平均粒徑為16.58μm,分散性良好,比普通氮-磷系阻燃劑的... 

【文章來源】：蘭州大學甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

聚合物燃燒機理示意圖

蘭州大學碩士學位論文兩種硅基阻燃劑的制備及在環(huán)氧樹脂中的應用研究4圖1-2雙酚A二縮水甘油醚（DGEBPA）結構圖EP特有的結構組成決定其具有優(yōu)異的性能。環(huán)氧基和仲羥基產(chǎn)生粘附性，醚鍵產(chǎn)生耐腐蝕性，苯環(huán)、次甲基和異丙基產(chǎn)生耐熱性及剛性。因此，EP具有附著力強、固化收縮率低、化學穩(wěn)定性好、耐磨及易加工等優(yōu)點，被廣泛應用在涂料、粘合劑、生物醫(yī)藥、纖維復合材料和電子器件等領域[16,18-21]。近年來，在涂料方面，用于家居涂料、基材防腐、鋼結構建筑、汽車和船舶等，占市場份額的30%~40%；在粘合劑方面，用于生活用品、電器元件、工業(yè)構建、航空航天部件和體育用品等；在生物醫(yī)藥方面，用于生物分子固定、生物材料填充和傷口敷料等；在纖維復合材料方面，用于環(huán)氧玻璃鋼、軍工結構材料和航空航天功能材料等；在電子器件方面，用于電子封裝、印刷線路板、灌裝絕緣材料等。然而，與大多數(shù)聚合物相似，EP也屬于易燃材料，其極限氧指數(shù)（LOI）只有19.0%左右，且燃燒過程伴隨著濃煙和有害氣體的釋放。易燃的潛在危害極大的限制了EP的應用，因此，如何提高EP的阻燃性能是阻燃領域的研究重點。1.4環(huán)氧樹脂用阻燃劑類型及發(fā)展現(xiàn)狀目前，改善EP阻燃性能最常用的方法可分為反應型和添加型兩種[22,23]。反應型是通過阻燃EP單體、阻燃固化劑將阻燃元素（如氯、溴、硅、磷等）或阻燃結構以化學鍵合的形式接枝到EP分子鏈上，具有阻燃效率高、力學性能破壞小的優(yōu)點，但工藝復雜、成本高。添加型是通過物理的形式將阻燃劑分散于EP中，雖然會影響EP的力學性能，但具有阻燃劑選擇空間大、成本低的優(yōu)點，因此國內(nèi)外大都采用此方法。添加型阻燃劑主要分為鹵系、磷系、氮系、硅系和金屬氫氧化物�？紤]到添加型在工藝和成本方面的明顯優(yōu)勢，下面將重點討論

樹脂中的應用研究69，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物（DOPO）及其衍生物是一種新型固態(tài)有機磷系阻燃劑，所含DOPO的分子結構如圖1-3所示。因為含有聯(lián)苯環(huán)、菲環(huán)結構以及以環(huán)狀O=P-O鍵的方式引入的側磷基團，所以DOPO的熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性和阻燃效率比一般未成環(huán)的有機磷酸酯要高，近年來研究較多[33]。DOPO及其衍生物能顯著改善EP的力學性能、吸濕性和阻燃性能，DOPO阻燃EP在印刷線路板和電子封裝領域得到了廣泛的應用，但DOPO及其衍生物也存在缺點，容易導致EP的玻璃化轉變溫度（Tg）和熱穩(wěn)定性下降[34]。圖1-3DOPO結構圖有機磷系阻燃劑阻燃EP比無機阻燃劑具有更高的效率，然而，僅基于有機磷系阻燃體系效率有限，往往達不到理想的阻燃性能與力學性能。因此，近年來研究者逐漸將注意力轉移至磷-氮、磷-硅協(xié)同阻燃EP體系上。胡偉兆等人用磷酸季戊四醇（PEPA）作為中間體，合成了一種高磷、氮含量的新型阻燃劑聚季戊四醇磷酸酯酰哌嗪(PPAP)，其合成過程如圖1-4所示[35]，添加20wt%的PPAP，EP/PPAP復合材料的LOI達到35%，殘?zhí)空掌砻鱌PAP具有良好的成炭性能。磷系阻燃劑與硅系阻燃劑共同使用時可以生成P-O-Si鍵等牢固結構，改善炭層的致密度[36]。張文超等人[37]采用DOPO與八苯基倍半硅氧烷（OPS）共同阻燃EP，利用XPS和FT-IR表征了燃燒過程中EP/DOPO/OPS復合材料凝聚相的硅、磷元素含量，發(fā)現(xiàn)在燃燒后期凝聚相表面硅、磷元素具有富集現(xiàn)象，在阻燃過程中起到了重要協(xié)同作用。嚴偉等人[38]采用改性DOPO與改性層狀雙氫氧化物（OLDH）共同阻燃EP，結果表明，復合材料的LOI達到了31.5%，可通過垂直燃燒測試UL-94V-0等級，熱釋放速率峰值（pHRR）和熱釋放總量（THR）顯著降低。但有機磷系阻燃劑產(chǎn)煙量大、制備過程復雜的問題仍有待解?

【參考文獻】：
期刊論文
[1]阻燃劑在環(huán)氧樹脂體系中的應用[J]. 李絨絨,陳偉.  熱固性樹脂. 2021(01)



本文編號：3062281