论文部分内容阅读
聚碳酸酯(PC)具有优异的综合性能,广泛应用于电子电气、航天航空、建筑、汽车、家用等领域。PC虽然具备一定的阻燃性能,但其在燃烧过程中存在严重的滴落现象,仍不能满足对阻燃要求更严格的领域的需求。因此,为扩展PC的应用范围,目前主要从事开发无卤、高效、低烟、环保、综合性能优异的阻燃剂。三嗪类化合物具有良好的成炭性,是一类重要的高分子材料阻燃剂。本文以三聚氯氰为基体,合成一种含氮硫硅三种阻燃元素的三嗪类阻燃剂,并将其用于PC阻燃。主要研究内容如下:(1)以三聚氯氰、氨基乙磺酸、对氨基酚、1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷为原料,合成阻燃剂2,2’-(1,1,3,3-四甲基二硅氧烷-1,3-双(3-氨基丙基))-双(4-(氨基乙磺酸钾)-6-(4-羟基苯基)氨基-1,3,5-均三嗪)(简称KTS),并对反应过程中几种影响因素进行了讨论。采用高分辨质谱(ESI-MS)、核磁共振光谱(NMR)、傅里叶红外变换光谱(FTIR)对其结构进行表征。采用热失重分析(TGA)对KTS热稳定性进行测试,结果表明,KTS在氮气和空气气氛下初始分解温度分别为337.0℃和315.2℃,具有良好的热稳定性,满足PC的加工要求。(2)采用极限氧指数(LOI)和垂直燃烧(UL 94)研究复合材料的阻燃性能,并对其力学性能进行了考察。研究表明,当KTS的添加量为0.5 wt.%时,PC/KTS复合材料的LOI值为34.6%,通过UL 94 V-0级,拉伸和弯曲强度与基材相比无明显变化,但冲击强度由14.63 kJ/m~2降低至4.43 kJ/m~2。添加抗滴落剂聚四氟乙烯(PTFE)后制备的PC/0.1wt.%KTS/0.1wt.%PTFE复合材料的LOI值为34.4%,通过UL 94 V-0级,并且PTFE的加入,显著改善了PC材料的韧性。(3)采用锥形量热(CONE)和热失重分析(TGA)研究复合材料的燃烧行为和热降解行为。结果表明,KTS的加入缩短了PC/KTS复合材料的点燃时间(TTI),当KTS的添加量为0.5 wt.%时,pk-HRR和pk-SPR分别降低了41%和33%。同时KTS的加入使得复合材料的初始分解温度提前,促进PC形成热稳定性更高的炭层,最大热分解速率降低。通过扫描电子显微镜-X射线能谱联用仪(SEM-EDS)和拉曼光谱(LRS)对残炭的形貌和结构进行分析,发现PC/KTS复合材料在燃烧过程中形成致密连续且具有海绵状微孔结构的炭层,石墨化程度更高。动力学结果表明,随着转化率的升高,PC/KTS复合材料的热降解表观活化能与纯PC相比先降低后增加。KTS是一种热稳定性良好的高效阻燃剂,同时在气相和凝聚相发挥阻燃作用,不仅使PC/KTS复合材料具有一定的抗滴落和抑烟抑毒性,且提高了炭层的致密性和热稳定性,阻止火焰蔓延。