阻燃性有機(jī)硅高分子材料的研究進(jìn)展論文
有機(jī)硅高分子材料以7.8鍵為主鏈，同時(shí)側(cè)基為乙烯基、甲基以及苯基等有機(jī)基團(tuán)，因?yàn)槠涮厥獾慕Y(jié)構(gòu)而決定其出眾的介電性、熱穩(wěn)定性以及生理惰性，在汽車制造、宇航以及醫(yī)療用品領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。這些領(lǐng)域的應(yīng)有都要求有機(jī)硅高分子材料具備優(yōu)異的阻燃性，所以研究具備阻燃性有機(jī)硅高分子材料有著重要的意義。
1有機(jī)阻燃劑概述
阻燃劑主要是用來提高材料的抗燃性，從而避免材料被引燃并且要抑制火焰的傳播。阻燃劑成為高分子材料發(fā)展的重要?jiǎng)恿χ�，使用量僅次于增塑劑。阻燃劑根據(jù)不同類型的化合物分成有機(jī)阻燃劑、無機(jī)阻燃劑以及有機(jī)-無機(jī)混合阻燃劑這幾種類型。其中無機(jī)阻燃劑應(yīng)用最為廣泛，需求量占到阻燃劑總量的50%以上。理想阻燃劑需要有著阻燃效果好以及添加量少的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)要無煙無毒從而避免環(huán)境污染，并且對(duì)其他材料的性能影響小，有著良好的加工性能好，熱穩(wěn)定性高并且價(jià)格便宜等特帶你。阻燃劑的這些要求，決定著阻燃劑以及阻燃技術(shù)的發(fā)展放心。有機(jī)阻燃劑有著添加量少以及基材相容性好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)對(duì)阻燃制品性能的影響也更小，不過現(xiàn)有的有機(jī)阻燃劑在燃燒時(shí)發(fā)煙量大同時(shí)揮發(fā)性大，熱穩(wěn)定性以及水解穩(wěn)定性都比較差。目前研究的有機(jī)阻燃劑有氮系阻燃劑、鹵系阻燃劑、有機(jī)磷阻燃劑以及硅系阻燃劑等。
2有機(jī)硅阻燃劑的合成
有機(jī)硅高分子材料近年來開發(fā)出來的新型高效環(huán)保的無鹵阻燃劑，作為成炭型的抑煙劑，能夠賦予高聚物在阻燃以及抑煙的過程中，還可以改善材料的機(jī)械強(qiáng)度以及加工性能。作用機(jī)理主要是硅氧烷燃燒過程中能夠生成硅，進(jìn)而碳阻隔層能夠隔絕樹脂與氧氣的接觸，避免熔體滴落，因此實(shí)現(xiàn)阻燃效果。有機(jī)硅阻燃劑有著熱穩(wěn)定性良好的特點(diǎn)，這是由分子主鏈的-Si-O-鍵所決定。有機(jī)硅閃點(diǎn)絕大多數(shù)都高于300℃，所有具有難燃性。較為常見的有硅油、硅樹脂、硅橡膠以及聚硅氧烷等。目前市場應(yīng)用的有機(jī)硅阻燃劑打斗是美國通用電器提供的SFR-100，是一種黏稠透明的硅酮聚合物，能夠與各種協(xié)同劑例如多磷酸胺等并用，已經(jīng)使用在聚烯烴阻燃，低用量可以滿足阻燃要求，高用量能夠賦予基材有意的抑煙性以及阻燃性。研究人員通過研究有機(jī)硅高分子材料的阻燃性，發(fā)現(xiàn)在PU彈性體當(dāng)中加入粉末狀環(huán)氧以及硅氧烷，只需要加入5%，就能夠使HRR降低到80%，液態(tài)的硅氧烷則能夠降低HRR到50%。通過分析阻燃PP，還能夠發(fā)現(xiàn)有機(jī)硅的復(fù)合物對(duì)PP有著明顯的阻燃以及減少熔滴效果。
3有機(jī)硅阻燃劑的國內(nèi)外研究進(jìn)展
1）國外研究進(jìn)展。1981年坎貝爾等人發(fā)表關(guān)于聚碳酸酯與聚二甲基硅氧烷（PDMS）的共混，能夠提高PC阻燃性的`報(bào)告。不過PSMS自身阻燃效果不夠理想，為了改善阻燃性能，需要在其結(jié)構(gòu)當(dāng)中加入反應(yīng)性官能團(tuán)，例如端羥基、氨基以及環(huán)氧基等，如下圖所示。
1983年，GE公司采用1-40wt%的硅膠或者線性硅油，1-20wt%的有機(jī)化合物例如硬脂酸鎂和1-20wt%的有機(jī)硅樹脂制備熱塑性塑料使用的有機(jī)硅阻燃劑，能夠廣泛應(yīng)用于熱塑性塑料。1985年，GE公司繼續(xù)開發(fā)用于尼龍樹脂的有機(jī)硅阻燃劑，通過添加10-50wt%，能夠達(dá)到理想的阻燃效果。1990年，GE公司通過二羥基苯酚與羥基芳香酯硅氧烷進(jìn)行光氣化反應(yīng)制備出有機(jī)硅-聚碳酸酯共聚物，用來做阻燃絕緣層，同時(shí)與2003年研制聚碳酸酯硅氧烷阻燃材料，在加工流動(dòng)性以及阻燃性方面性能良好。日本的三菱瓦斯化學(xué)公司在羥苯基烷基封端的聚二甲基硅氧烷合成有機(jī)硅阻燃劑領(lǐng)域進(jìn)行了大量研究工作，并合成含有聚硅氧烷鏈段的一系列阻燃劑，有著良好的耐熱性、阻燃性、透明性以及低溫沖擊強(qiáng)度。日本NEC公司研發(fā)商品化的硅酮系阻燃劑“XC-99-B56-54，是一種帶有芳香基同時(shí)含有支鏈結(jié)構(gòu)的聚硅氧烷，突出特點(diǎn)是對(duì)分子結(jié)構(gòu)當(dāng)中的苯基含量以及功能端基反應(yīng)性科學(xué)設(shè)計(jì)，從而達(dá)到最理想的水平。比聚甲基硅氧烷有著更好的分散性，對(duì)PC/ABS、PC合金具較高的阻燃性。
2）國內(nèi)研究進(jìn)展。我國科研機(jī)構(gòu)也在有機(jī)硅高分子材料的阻燃性方面進(jìn)行了大量工作。歐育湘等人對(duì)有機(jī)硅阻燃劑SFR-100性能和PE應(yīng)用的效果展開了詳細(xì)的研究，SFR-100是非鹵成炭型的阻燃劑，一方面賦予聚烯烴良好的阻燃抑煙性，另一方面也改善材料加工性能，同時(shí)提高材料機(jī)械強(qiáng)度。華東理工大學(xué)的劉述梅以及王瑜潤等合成苯基含量高的硅樹脂阻燃劑，實(shí)驗(yàn)表明如果硅樹脂中的苯基含量在80%～90%之間時(shí)，阻燃效果最優(yōu)并且對(duì)機(jī)械性能的影響也最低。哈工大的黃玉東以及孫舉濤等人用苯基氯硅烷以及甲基為單體合成耐高溫的有機(jī)硅樹脂，不過在空氣氣氛之下，因?yàn)橛袡C(jī)基團(tuán)出現(xiàn)氧化分解而導(dǎo)致硅樹脂阻燃性有一定程度的下降。浙江大學(xué)的楊輝以及周文君等人通過水解縮合法制備有機(jī)硅樹脂阻燃劑，在800℃以及N2氣氛之下，熱失重控制在38%之下，熱穩(wěn)定性優(yōu)異，通過往PC添加5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）之后，氧指數(shù)從25%進(jìn)一步提高到35%。
4結(jié)語
總而言之，有機(jī)硅高分子材料有著性能優(yōu)異以及環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，符合目前阻燃劑發(fā)展的趨勢(shì)，一方面能夠提高阻燃效果，同時(shí)還能夠改善材料的加工性能以及機(jī)械性能。有機(jī)硅高分子材料阻燃劑的各方面發(fā)展處于起步階段，簡化其合成工藝從而降低成本是有機(jī)硅阻燃劑繼續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵內(nèi)容。
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