DOPO-氢氧化铝复合型阻燃剂的制备与研究

论文摘要

为了提高不饱和树脂的阻燃性能，根据氢氧化铝（ATH）和磷、硅元素可以产生协同阻燃效应的机理，将含磷化合物DOPO结构引入硅烷偶联剂（KH-560）分子中，合成DOPO型硅烷偶联剂，用其对氢氧化铝进行表面改性，直接将磷、硅元素引入在氢氧化铝（ATH）表面，在改善阻燃剂氢氧化铝（ATH）在树脂基体中分散性能的基础上，最大限度地发挥其阻燃协同效应。本课题的主要工作有：首先根据含磷化合物DOPO中活泼的P-H可与硅烷偶联剂（KH-560）的环氧基团反应的原理，合成DOPO型硅烷偶联剂。通过核磁共振图谱（1H NMR）和红外吸收光谱（FT-IR）来确定成功制备出新型DOPO型硅烷偶联剂。测试结果表明：DOPO和KH-560发生接枝反应，DOPO中得P-H键断裂，与KH-560分子中的环氧基团发生反应生成P-CH2，DOPO型硅烷偶联剂制备成功。热失重测试结果表明：DOPO型硅烷偶联剂热分解的分解温度与原料相比明显提高，具有很好的热稳定性，残炭量高达23.56%。然后利用DOPO型硅烷偶联剂对氢氧化铝（ATH）进行表面改性,在其表面引入磷、硅元素。通过采用化学改性法和球磨改性法将DOPO型硅烷偶联剂引入氢氧化铝（ATH）表面。对改性后的ATH进行红外光谱分析（FT-IR），结果表明两种方法制备的氢氧化铝的表面成功接枝DOPO型硅烷偶联剂。球磨改性DOPO-ATH和化学方法改性的DOPO-ATH红外振动峰的改变都很一致，这说明两种制备方法反应机理相同并且与实验设计一致。最后，从改性氢氧化铝填充的不饱和树脂样条的极限氧指数考虑，化学方法改性氢氧化铝时，DOPO型偶联剂的最佳用量应为3%，最佳改性温度为65oC。球磨改性氢氧化铝的最佳改性条件是改性剂含量5%，球磨时间3h。通过用扫描电镜（SEM）和纳米粒度测试仪分析了改性氢氧化铝的微观形貌和粒径分布情况。结果表明：两种方法对氢氧化铝进行DOPO型硅烷偶联剂改性，会使氢氧化铝粒子粒径变大，但是通过球磨改性的氢氧化铝的粒径变大程度与化学改性相比得到缓解，并且球磨改性后氢氧化铝粒径的均匀性得到改善，粒子的表面没有发生恶化团聚。DOPO-氢氧化铝的热性能和阻燃性能用TGA、LOI和UL-94表征。实验结果显示：化学改性DOPO-ATH的初始分解温度得到了提高，在相同的分解率下，DOPO-ATH相应的分解温度与未改性氢氧化铝相比相应变高。氢氧化铝的填充量相同时，改性剂DOPO型偶联剂使用量相同，填充球磨改性的DOPO-ATH不饱和树脂样条的LOI值比填充化学方法改性DOPO-ATH材料的高。球磨改性氢氧化铝的阻燃效果随着球磨时间和改性剂含量的增加而改善，当球磨改性制成DOPO-ATH的填充量达到20%，改性氢氧化铝不饱和树脂样条的LOI值为29并且通过UL-94V-0测试。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 聚合物材料的阻燃必要性
• 1.2 阻燃作用机理及技术
• 1.2.1 阻燃作用机理
• 1.2.2 阻燃剂的分类
• 1.3 氢氧化铝阻燃机理及改性方法
• 1.3.1 氢氧化铝阻燃机理
• 1.3.2 国内外对氢氧化铝改性的方法
• 1.4 磷系阻燃剂的阻燃机理
• 1.5 磷/硅协同阻燃的机理及应用
• 1.6 本课题的研究目的及技术路线
• 1.6.1 本课题研究内容：
• 1.6.2 本课题的技术路线
• 第二章 DOPO 型硅烷偶联剂的合成及表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原料及来源
• 2.2.2 主要设备与测试仪器
• 2.2.3 DOPO 型硅烷偶联剂的制备
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 DOPO 型硅烷偶联剂的结构表征
• 2.3.2 DOPO 型硅烷偶联剂的热性能分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 DOPO-氢氧化铝的合成与性能表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料及来源
• 3.2.2 主要设备与仪器
• 3.3 DOPO 型硅烷偶联剂改性氢氧化铝的制备
• 3.3.1 DOPO 型硅烷偶联剂改性氢氧化铝的反应机理
• 3.3.2 化学方法表面改性氢氧化铝的制备方法
• 3.3.3 球磨法表面改性氢氧化铝的制备方法
• 3.4 改性氢氧化铝/不饱和树脂样条的制备
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 两种方法表面改性氢氧化铝的红外表征
• 3.5.2 化学方法改性氢氧化铝的工艺研究
• 3.5.3 球磨改性氢氧化铝的工艺研究
• 3.5.4 两种改性方法 DOPO-ATH 粒度分布比较
• 3.5.5 两种改性方法 DOPO-ATH 的微观形貌
• 3.5.6 DOPO-ATH 不饱和树脂样条 LOI 和 UL-94 测试
• 3.6 本章小结
• 第四章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 不足之处
• 4.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：在攻读硕士学位期间取得的成果