有机硅阻燃PBT及其合金的制备与性能研究

摘要

高分子材料具有某些传统材料不可比拟的优点，而聚合物合金材料更是综合了各材料的优点。聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)作为主要的热塑性工程塑料之一，具有良好的力学性能、尺寸稳定性和加工性能。聚碳酸酯(PC)和PBT共混改性，可以实现优势互补，得到兼具耐热、抗冲、易加工和耐化学药品的PC/PBT合金，该合金被广泛应用于电子电器、汽车、户外器材等领域。但PBT的易燃性限制了其应用范围的扩大。传统的卤系阻燃剂由于在燃烧过程中会释放出大量的有毒和腐蚀性气体，应用受到愈来愈多的限制，而常见的无卤阻燃剂在阻燃改性的同时会导致聚合物材料其他性能严重劣化。因此，研究开发新型无卤阻燃PBT及其合金材料成为了重要的研究课题。本文研究内容主要包括以下三个方面:
　　选用具有超细高活性氢氧化镁为载体的有机硅系阻燃剂(FRX-210)，制备了无卤阻燃PBT，并采用氧指数仪和锥型量热仪研究了FRX-210及其与磷酸硼、磷酸酯阻燃剂(PX-230)复配对PBT的阻燃作用。结果表明，添加阻燃剂可显著提高PBT的极限氧指数(LOI)，添加30％FRX210使PBT的LOI从22.1％提高到27.5％。将FRX-210与磷酸硼复配添加可使PBT的LOI进一步提高，同时添加20％FRX-210和10％磷酸硼使PBT的LOI达到36.0％。FRX-210使PBT热降解速率降低并提高了残炭量。FRX-210使PBT在燃烧过程中的热、烟释放速率降低，火灾性能指数提高，有效提高了PBT的阻燃性能。FRX-210降低了PBT的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度，尤其对PBT的冲击强度影响最大。
　　以二苯基二甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、硼酸为原料，采用二步合成法制备了甲基苯基聚硼硅氧烷(PB)阻燃剂。在PC/PBT合金中添加10wt％该聚硼硅氧烷，可使PC/PBT合金的LOI从22.8％提高到32.8％。锥形量热分析表明PB不仅使PC/PBT合金体系的热、烟、CO、CO2释放速率降低，提高火灾性能指数，而且能够缓和材料的燃烧过程，防止短时间内大量放热，有效降低了燃烧的危险。PB阻燃剂是通过凝聚相阻燃机制发挥作用的，即在燃烧过程中降低质量损失，促进残炭形成，使炭层紧密覆盖在基体表面，减少热辐射和氧气的扩散，从而达到阻燃的效果。
　　PB阻燃剂使PC/PBT合金的力学性能有着不同程度的下降，尤其对缺口冲击强度影响显著。使用AX8900、马来酸酐接枝ABS(KT-3)和亚磷酸三苯酯(TPPi)对阻燃PC/PBT/PB合金进行力学性能改性。研究发现适量的TPPi可以提高PC/PBT/PB阻燃合金的力学性能，但过量的TPPi反而使合金体系的力学性能降低，TPPi对PC/PBT/PB阻燃合金的维卡软化点影响不大。在PC/PBT/PB阻燃合金中单独加入AX8900时，改性效果较差，但AX8900与TPPi复配使用可有效改善PC/PBT/PB阻燃合金的力学性能，尤其是冲击强度提高显著，3％wt的AX8900与2％wtTPPi复配使用可使PC/PBT/PB合金的缺口冲击强度达到4.6kJ·m-2，比未阻燃的PC/PBT合金提高了15％。相容剂KT-3也能有效提高PC/PBT/PB阻燃合金的力学性能。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 引言

1．2 阻燃剂的发展及作用机理

1．3 阻燃剂的分类及特点

1．3．1 卤系阻燃剂

1．3．2 含磷阻燃剂

1．3．3 氮系阻燃剂

1．3．4 无机金属化合物阻燃体系

1．3．5 硅系阻燃剂

1．4 PBT及PC／PBT的阻燃研究

1．4．1 PBT及PC／PBT合金概述

1．4．2 PBT的阻燃技术

1．4．3 PC／PBT合金的阻燃研究

1．5 课题的提出及研究内容

第二章 有机硅阻燃剂FRX-210对PBT性能的影响

2．1 实验部分

2．1．1 实验原料

2．1．2 实验仪器

2．1．3 样品制备

2．1．4 性能测试

2．2 结果与讨论

2．2．1 极限氧指数分析

2．2．2 热失重分析

2．2．3 锥形量热仪分析

2．2．4 炭层形貌

2．2．5 FRX-210对PBT性能的影响

2．3 本章小结

第三章 聚硼硅氧烷对PC／PBT合金的阻燃作用

3．1 实验部分

3．1．1 实验原料

3．1．2 实验设备

3．1．3 样品制备

3．1．4 性能测试与结构表征

3．2 结果与讨论

3．2．1 极限氧指数分析

3．2．2 热失重分析

3．2．4 锥形量热仪分析

3．2．5 能谱分析

3．2．6 燃烧炭层形貌分析

3．2．7 拉曼光谱分析

3．2．8 红外光谱分析

3．2．9 PY-GC／MS分析

3．3 本章小结

第四章 PC／PBT／聚硼硅氧烷阻燃合金的性能研究

4．1 实验部分

4．1．1 实验原料

4．1．2 实验仪器

4．1．3 样品制备

4．1．4 性能测试

4．2 结果与讨论

4．2．1 阻燃剂PB对PC／PBT合金性能的影响

4．2．2 TPPi对阻燃PC／PBT／PB合金力学性能的影响

4．2．3 AX8900对阻燃PC／PBT／PB合金力学性能的影响

4．2．4 KT-3对阻燃PC／PBT／PB合金力学性能的影响

4．2．5 PC／PBT／PB的动态力学分析

4．2．6 扫描电镜分析

4．3 本章小结

第五章 全文总结

参考文献

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文