有机无机杂化膨胀阻燃剂的合成及其改性双马来酰亚胺树脂的研究

【摘要】高性能热固性树脂由于其突出的综合性能，在航空航天、电子信息、电气绝缘等尖端领域具有广阔的应用前景。然而，相对于无机和金属材料，高分子材料作为固化物易燃烧，易燃性已经严重制约着高性能热固性树脂更广泛的发展和应用。因此，开相关阻燃研究具有重大的科学意义和应用价值。研究证实，通过添加阻燃剂来改善高分子材料的阻燃性是一个行之有效的方法。所以，开发高效的阻燃剂成为高分子材料阻燃领域研究的热点。本文制备了一种新型的单组份膨胀阻燃剂（HPSi-IFR）。双马来酰亚胺（BMI）树脂作为一种重要的热固性树脂，拥有优异的性能，并在许多尖端领域中有重要的应用。因此本文选用双马来酰亚胺（BMI）来作为基体树脂。并且将所制备的阻燃剂应用到双马来酰亚胺（BMI）树脂中，研究阻燃剂对树脂的阻燃性能的影响。首先，通过分子设计合成制备了一种以氯化螺环磷酸酯为酸源和碳源，含有大量氮元素的氨基超支化聚硅氧烷为气源的单组份膨胀型阻燃剂HPSi-IFR，具有三维体型大分子结构。通过FTIR、NMR、XRD、EDS等测试表征了其分子结构及元素组成，TGA测试表明HPSi-IFR在空气和氮气中的Tdi和Tmax1值均分别高达290oC和325oC，比现有膨胀阻燃剂表现出更佳的热性能；HPSi-IFR在空气和氮气气氛下的残炭重量分别高达62.4wt%和53.5wt%，均高于现在文献中所报道的传统膨胀阻燃剂的残炭量，表明其具备更优异的成炭性。并且通过不同温度受热处理，详细研究了HPSi-IFR的热分解过程，深入探讨了阻燃剂本身的成炭机理。结果表明HPSi-IFR各单元之间协同反应产生出坚实致密的膨胀炭层，而且Si-O-Si链段参与成炭，进一步增强了炭层的稳定性。其次，我们将HPSi-IFR添加到烯丙基双酚A改性双马来酰亚胺（BDM/DBA）树脂中，制备了BDM/DBA/HPSi-IFR改性树脂。探讨了改性树脂的热降解过程和阻燃性能，与原树脂相比，HPSi-IFR的加入极大了改变了BDM/DBA树脂的热降解行为，从氮气和空气中的降解动力学研究中可知，改性树脂在整个降解过程中的Ea值均要高于纯树脂，且添加量增加，提高幅度增大。当HPSi-IFR的添加量为10wt%时，改性树脂在空气和氮气的最大Ea值分别高达491.4KJ/mol和1130.4KJ/mol，分别是是纯树脂相应值得2.5倍和3.2倍。表明了HPSi-IFR的加入极大提高了改性树脂的热稳定性。当HPSi-IFR的添加量仅仅为5wt%时，改性树脂的最大热释放速率（PHRR）、总热释放量（THR）、热释放容量（HRC）和最大热释放速率的温度（TPHRR）等值分别改变为纯BDM/DBA树脂相应值的67%、55%、63%和101.6%，以上数据表明HPSi-IFR能够有效提高BDM/DBA树脂的阻燃性。而且HPSi-IFR比传统阻燃剂用于聚合物的阻燃改性时具备更高的阻燃效率。同时通过对改性树脂做不同温度受热处理实验，系统的研究了改性树脂的阻燃机理，研究表明HPSi-IFR和BDM/DBA树脂之间存在着协同效应，互相增强成炭能力。
【作者】杨成武；
【导师】梁国正；
【作者基本信息】苏州大学，材料学，2014，硕士
【关键词】阻燃剂；膨胀；杂化；协同效应；阻燃机理；

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