POSS的合成及其PET復(fù)合材料的制備與性能.pdf

1、由于價(jià)格低廉、物理性能和可加工性優(yōu)異，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)廣泛應(yīng)用于纖維、薄膜、工程塑料等諸多領(lǐng)域。但PET易燃，融滴現(xiàn)象嚴(yán)重，限制了更加廣泛的應(yīng)用，因此需對(duì)材料進(jìn)行阻燃改性。一般阻燃整理多采用無(wú)鹵添加型阻燃劑，其中環(huán)三磷腈類阻燃劑由于其高效的阻燃性，越來(lái)越為研究者們所重視。本課題組在前期研究中合成了一種新型高效環(huán)三磷腈類阻燃劑六-（4-烯丙基醚苯氧基）環(huán)三磷腈(PACP)，通過(guò)熔融共混成功制得PACP/PET復(fù)合材料，但研究

2、發(fā)現(xiàn)添加PACP會(huì)導(dǎo)致材料機(jī)械性能的下降，因而需選擇適當(dāng)?shù)奶砑觿?，在保持阻燃效果的同時(shí)，改善材料的機(jī)械性能。通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，多面體低聚倍半硅氧烷（POSS）作為一種新型的納米有機(jī)無(wú)機(jī)雜化材料，在聚合物改性方面應(yīng)用前景廣泛。納米級(jí)的分子尺度可以用以增強(qiáng)材料的機(jī)械性能，籠狀結(jié)構(gòu)的Si-O內(nèi)核可以提高材料的耐熱性能，同時(shí)，高溫形成的SiO2覆蓋層又能賦予材料良好的阻燃性能。
　　因此，本文合成兩種POSS納米顆粒作為添加劑，分別和

3、阻燃劑PACP一起復(fù)配到PET基體中，旨在考察二者的協(xié)同效應(yīng)以及對(duì)PET力學(xué)性能、熱性能和阻燃性能的影響，以實(shí)現(xiàn)PET機(jī)械性能和阻燃性能之間的統(tǒng)一。研究?jī)?nèi)容可分為以下幾個(gè)方面：
　?。?）分別以苯基三氯硅烷（PhSiCl3）、乙烯基三甲氧基硅烷（C2H3Si(OCH3)3）為原料，通過(guò)水解縮合反應(yīng)合成了兩種不同結(jié)構(gòu)的POSS，即八苯基倍半硅氧烷(OPh-POSS)和八乙烯基倍半硅氧烷(OVi-POSS)；利用熱重分析（TG）對(duì)二者

4、的熱穩(wěn)定性和降解機(jī)理進(jìn)行探究，結(jié)果表明，OPh-POSS在氮?dú)夂涂諝庵谐跏冀到鈾C(jī)理相同，在400℃之前沒(méi)有質(zhì)量損失，初始降解溫度（T-5％）發(fā)生于440℃，在850℃的殘余量分別為40.9%和30.7%，耐熱穩(wěn)定性優(yōu)異；而OVi-POSS在氮?dú)夂涂諝庵械慕到鈾C(jī)理具有明顯差異，試樣在氮?dú)庵械某跏冀到鉁囟龋═-5%）僅為225℃，殘余量約為1.9%，耐熱穩(wěn)定性較差，在空氣中初始裂解溫度（T-5%）則為328℃，在850℃的殘余量高達(dá)70.0

5、%，且失重過(guò)程在700℃趨于穩(wěn)定，表現(xiàn)出良好的耐熱氧穩(wěn)定性。
　?。?）采用直接熔融共混的方法將OPh-POSS納米顆粒和阻燃劑PACP添加到 PET中，考察兩種添加劑的引入對(duì)材料性能的影響，并對(duì)其作用機(jī)理進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，OPh-POSS顆粒在材料中的分散尺寸約為500nm，具有一定的團(tuán)聚趨勢(shì)，故對(duì)材料機(jī)械性能提升有限；OPh-POSS的加入可以改善基質(zhì)的結(jié)晶速率和結(jié)晶能力，將復(fù)合材料的結(jié)晶溫度提高了20℃以上，納米顆粒的異

6、相成核效應(yīng)對(duì)材料結(jié)晶性能的改善起決定作用；阻燃劑PACP在復(fù)合材料中起塑化作用，使基體的玻璃化溫度降低，將OPh-POSS引入PACP/PET阻燃體系使其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度由85.7℃升高至88.5℃，同時(shí)顯著改善了體系的熱機(jī)械性能；MCC測(cè)試結(jié)果表明，OPh-POSS/PACP/PET復(fù)合材料的熱釋放速率曲線上出現(xiàn)了兩個(gè)峰值，熱釋放速率峰值和熱釋放總量分別下降至312.3W/g和14.7 kJ/g，表明兩種添加劑存在著一定的協(xié)同效應(yīng)，燃燒

7、后形成致密穩(wěn)定的炭層，材料表現(xiàn)出良好的阻燃性能。
　?。?）采用溶液預(yù)分散的方法將 OVi-POSS納米顆粒和阻燃劑 PACP一起包覆于PET切片上，再經(jīng)熔融共混制備OVi-POSS/PACP/PET復(fù)合材料，以提高POSS納米顆粒的分散程度，考察兩種添加劑的引入對(duì)材料性能的影響，并對(duì)其作用機(jī)理進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，采用溶液預(yù)分散的方法可以有效抑制共混過(guò)程中 POSS顆粒在 PET基體中的團(tuán)聚，OVi-POSS在 PET基體中分散

8、較為均勻（尺寸100~200nm左右），添加1.0%OVi-POSS可使PET的斷裂強(qiáng)度由38.12MPa提高至64.37MPa，顯著提高了PET基體的斷裂強(qiáng)度，彌補(bǔ)了阻燃劑PACP引入導(dǎo)致材料力學(xué)性能下降的不足；OVi-POSS的加入同樣改善基質(zhì)的結(jié)晶速率和結(jié)晶能力，將基體的結(jié)晶溫度提高了約35℃；OVi-POSS的引入亦提高了PET的玻璃化溫度和熱穩(wěn)定性；OVi-POSS/PACP/PET復(fù)合材料熱釋放速率曲線上均為單一放熱峰，燃燒