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环氧树脂因其具有良好的粘结性、化学稳定性、低收缩、优异的机械性能、易加工成型和成本低廉等优点,而广泛应用于粘结剂、涂料及电子封装等领域。但是环氧树脂存在内应力大、质脆,耐热性及阻燃性能不足而使其应用受到限制。建立新型无卤、无毒的环氧树脂阻燃体系已成为科研工作者关注的研究热点之一。本文首先通过可逆加成断裂链转移自由基聚合(RAFT聚合)合成具有反应性的两嵌段共聚物PMAiBuPOSS-b-PGMA(PMG),并将其用于环氧树脂改性研究。在PMG基础上,进一步通过开环反应将9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)接枝到PMG上,形成一种含磷(P)、硅(Si)协同阻燃的新型嵌段共聚物PMAiBuPOSS-b-PGMA-g-DOPO(PMGD),并将其用于环氧树脂无卤阻燃改性研究。工作具体如下: 1.反应性两嵌段共聚物PMAiBuPOSS-b-PGMA的合成及其环氧树脂改性研究。采用RAFT聚合法探究了PMG两嵌段共聚物的合成,通过红外光谱(IR)、核磁共振波谱(NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)和热失重分析(TGA)等表征方法对产物结构及热性能进行表征。结果表明,成功合成了PMG两嵌段共聚物。将合成的PMG分散于双酚A型环氧树脂E51中,以4,4-二氨基二苯甲烷(DDM)为固化剂,制备了不同PMG添加量的改性环氧树脂。采用扫描电镜(SEM)对改性环氧树脂断面进行观察,通过动态力学热分析(DMTA)、TGA对改性环氧树脂进行了性能测试。研究发现,PMG改性的环氧树脂体系中未见明显的宏观相分离,且PMG在环氧树脂中自组装成为以无机POSS为核,PGMA为壳的纳米核壳结构,核结构尺寸在100 nm以下。而直接通过POSS单体改性的环氧树脂体系中,出现了明显的宏观相分离,POSS富集区尺寸在1~2μm。同时还发现,随着PMG添加量的增加,改性的环氧树脂表现出由脆性向韧性的转变。DMTA测试表明,PMG改性环氧树脂体系交联密度随PMG含量的增加而增大,不同添加量改性环氧树脂均显示单一玻璃化转变温度(Tg),表明PMG与环氧树脂相容性良好,解决了POSS与环氧树脂相容差的问题,而改性环氧树脂Tg稍有下降;TGA测试表明,由于体系交联密度的增大及POSS的引入,改性环氧树脂5%分解温度(Td)和700℃成炭率均随PMG含量的增加而增大,Td较纯环氧树脂最高提高了6.2℃、成炭率最高提高了9.84%。 2.含P、Si协同阻燃的新型嵌段共聚物PMAiBuPOSS-b-PGMA-g-DOPO的合成及其无卤阻燃改性环氧树脂的研究。在反应性两嵌段共聚物PMG基础上,探究了含P、Si协同阻燃的新型嵌段共聚物PMGD的合成,采用IR、NMR及GPC等表征方法对产物结构进行表征。结果表明,成功合成了阻燃嵌段共聚物PMGD。将PMGD分散于双酚A型环氧树脂E51中,以DDM为固化剂,制备了一系列不同P、Si含量的阻燃环氧树脂。采用SEM对改性环氧树脂断面进行观察,并通过DMTA、DSC及TGA对改性环氧树脂进行了性能测试。研究发现,PMGD在环氧树脂中能够自组装成为以POSS链段为核(粒径为20~100 nm)、含磷嵌段为壳的纳米核壳结构,阻燃元素P、Si以“捆绑式”均匀分散在环氧基体中,达到低P、Si含量(0.34%、1.16%)下优良的协同阻燃效果(氧指数28.5)。DMTA测试表明,PMGD的加入使得体系交联密度增加。DSC和DMTA测试表明,不同添加量改性环氧树脂均显示单一Tg,且添加量为15%时DSC所测Tg为173℃、DMTA所测Tg为161.4℃,其值与纯环氧树脂Tg(DSC所测173.5℃、DMTA所测166.5℃)相近,表明PMGD与环氧树脂相容性良好,解决了POSS与环氧树脂相容差的问题,而改性环氧树脂Tg并没有得到提高;TGA测试表明,由于体系交联密度的增大及磷、硅协同阻燃作用,改性环氧树脂Td较纯环氧树脂最高提高12.4℃,成炭率最高提高了5倍。