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1、有机硅阻燃剂的研究进展摘要通过介绍有机硅系阻燃剂的阻燃机理,有机硅阻燃剂的种类，及有机硅和其它物质的协同作用，概括了含硅阻燃剂的国内外研究进展情况。关键词阻燃机理协同作用含硅阻燃剂研究进展随着高分子材料工业的迅速发展，阻燃剂和阻燃材料的研制、生产及应用也得到快速发展。由于材料性能和环保的要求越来越严格，一些阻燃剂已经不能满足实际应用中的要求，开发和应用具有环保、低毒、高效和多功能化的无卤化的阻燃剂成为当今阻燃剂的发展趋势。目前常用于高分子的阻燃剂主要为卤系、磷系阻燃剂,他们都有一定的毒性,且因其一般极性较强,对材料的机械性能有所损伤,因此,随着环保和安全法规的日趋严格,无卤、无磷阻燃技术的
2、研究与阻燃剂开发十分迫切。有机硅阻燃剂是高效、生态友好、防熔滴并抑烟的新一代非卤成炭型阻燃剂，不仅能改善基材的加工性能、机械性能及耐热性能等，而且被阻燃材料的循环利用效果也十分优异。因此，作为阻燃剂的后起之秀，从20世纪80年代开始得到迅速发展，理论研究与新品开发均日趋活跃。含硅有机化合物阻燃高分子材料,特别是塑料材料的研究始于20世纪80年代,主要包括聚硅烷、聚硅氧烷、聚有硅倍半硅氧烷等。此外还有一些含硅无机物也对高分子材料具有一定阻燃效果,如二氧化硅、玻璃等。某些含硅阻燃剂在赋予基材优异的阻燃性能之外,还能改善基材的其他性能如（加工性能、机械性能、耐热性能等),生态友好,阻燃材料的循环
3、使用效果较好,能满足人们对阻燃剂的严格要求,所以近几年硅基阻燃剂及其阻燃技术得到了较快的发展。目前含硅阻燃剂在阻燃聚烯烃、聚酰胺、聚酯等塑料的研究和生产应用都有报道,特别是含硅化合物阻燃聚碳酸酯,因其良好的效果成为了含硅阻燃剂的研究热点。1有机硅阻燃剂阻燃机理一般认为,有机硅阻燃剂是按凝聚相阻燃机理,即通过生成裂解炭层和提高炭层的抗氧化性实现其阻燃功效的。高分子材料中添加有机硅阻燃剂后,有机硅阻燃剂多半会迁移到材料表面,形成表面为有机硅阻燃剂富集层的高分子梯度材料。一旦燃烧,就会生成聚硅氧烷特有的、含有Si-O键和或Si-C键的无机隔氧绝热保护层,这既阻止了燃烧分解产物外逸,又抑制了高分子
4、材料的热分解,达到了阻燃、低烟、低毒的目的。阻燃方法可以是直接将有机硅阻燃剂加入到高分子材料中,也可以是将一些带官能团(如端羟基、氨基或环氧基)的聚硅氧烷链段嵌入到一些聚合物中，例如,将带环氧基的聚硅氧烷与环氧树脂混合,再加入二元胺固化剂进行固化,所形成的树脂基体中硅的质量分数超过9%,从而赋予材料优异的阻燃性和高的成炭率。但单纯的线性聚硅氧烷,如聚二甲基硅氧烷(PDMS)本身的阻燃效果并不好。为了提高其阻燃性,可增加支化度。对于支链结构的聚硅氧烷,由于其支链结构有助于在固相残渣中形成交联结构;因此较线性聚硅氧烷的热稳定性好。W.J.Zhou等人发现,带有苯基的支链型聚硅氧烷在温度较低时表
5、现出更高的热稳定性,且苯基摩尔分数(指分子结构中苯基与甲基的量之比)在氮气中超过75%、在空气中超过50%时,聚硅氧烷的起始热稳定性变化也不大;另外,被测试的聚硅氧烷在800摄氏度下的降解残渣的残量相当高,表明这些聚硅氧烷的热稳定性相当高。热稳定性高意味着材料的降解活化能及降解温度较高,因此材料的阻燃性也较好。另外,通过调节芳环含量、主链的支化度、摩尔质量和端基的反应性可以提高材料燃烧后所形成的炭层的致密性,进而改善其阻燃性。基于此,有人开发了一种新型新型聚硅氧烷阻燃剂(结构式),该阻燃剂尤其对聚碳酸酯(PC)具有极好的阻燃效果,单独添加也可以满足阻燃标准要求。2有机硅阻燃剂的种类目前,有
6、机硅阻燃剂主要有硅树脂阻燃剂和聚硅硼氧烷阻燃剂。2.1硅树脂阻燃剂硅树脂是以Si-O-Si为主链、硅原子上连接有机基的交联型半无机高聚物。硅树脂分子的侧基为H或有机基时,称为纯硅树脂。硅树脂具有优良的耐热性、耐候性、阻燃性和电绝缘性等。周文君等人以苯基甲氧基硅烷和甲基甲氧基硅烷为原料,用水解缩合法制备了硅树脂阻燃剂,最佳工艺条件为:反应时间2h、反应温度80摄氏度、催化剂用量5g、封端时间45min。在PC中添加质量分数为5%的该硅树脂就能使其燃烧氧指数从26.0%提高到34.0%。李晓俊等人也采用甲基苯基硅树脂对PC进行阻燃改性,使其阻燃等级由UL94V-2级提高到V-0级。王瑜润等人以
7、苯基三乙氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷和二甲基二乙氧基硅烷为单体,在浓度为0.1mol/L的稀盐酸催化下水解缩聚,制成高苯基含量硅树脂。当硅树脂中苯基的摩尔分数为80%~90%、二官能度单体的摩尔分数为20%~40%时,阻燃效果较好。在PC中添加质量分数为5%的该硅树脂即可使其阻燃等级达到UL94V-0@312mm,且该树脂的柔顺性好,在PC基体中易分散。陈国南将苯基硅树脂与极少量的磺酸盐和聚偏氟乙烯的复合阻燃剂加入到PC
