无卤协效阻燃PC及其共混物的研究

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1、上海交通大学博士后学位论文无卤协效阻燃PC及其共混物的研究姓名：党晓容申请学位级别：博士后专业：@指导教师：张勇20081201}?海交通大学博士后}{{站报告摘要聚碳酸酯(PC)是一类重要的无定型工程塑料，它具有优异的力学性能、透明性、耐热性和电绝缘性能，被广泛用于家电、电子、汽车、多媒体、航空等领域，近年来生产和需求快速增长，已成为用量最大的工程塑料。虽然PC本身已经具有一定的阻燃性，在没有添加任何阻燃剂时其氧指数可达25％左右，能通过UL94v-2试验，但是为了获得v-O阻燃级，还必须进行阻燃处理。磺酸盐和硅

2、系阻燃剂复配在很少的添加量下可以使得PC通过UL-94V．0级别的阻燃测试，这一无卤阻燃系统已经成为PC阻燃的研究热点，但是它们的阻燃机理仍然不十分明确。本文选择了一款磺酸盐，全氟丁基磺酸钾(册S)和两种有机硅，聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚有机倍半硅氧烷(POSS)应用于PC的无卤阻燃研究，通过TGA-b'TIR等方法揭示了两种阻燃剂在PC中的协效作用机理。PPFBS和PDMS在PC中有非常高效的协同阻燃作用，只需添加0．2wt％，即可使1．6ram样条通过UL-94V．0级别的阻燃测试，材料的力学性能，包括拉伸

3、强度、弯曲模量、断裂伸长率和冲击强度都有小幅度的提高。PPFBS和PDMS在PC中的协效作用表现在：使材料降解时间提前，降解活化能降低，降解速率加快；降解过程中C02、H20等惰性气体的释放速率加快，从而有效阻止热量进一步向材料内部蔓延；促进材料成膨胀碳层，碳层中含有不容易燃烧的硅元素，进一步形成了致密的屏障层，阻止燃烧进一步向材料内部蔓延。接近材料本体的部分产生了应力发白，耗散掉了进入材料内部的热量，避免材料进一步塑化和融流，从而阻止了熔滴的形成。TGA．FTIR联用研究表明，PC／PPFBS热降解过程由于PPF

4、BS的酸催化作用使酯键更易于醇解和水解，继而发生酯键的解离和异亚丙基处的解离。P(卯’PFBS／PDMS的热降解机理是：PDMS先于PPFBS起作用，促进PC的酯键重排继而迅速释放C02和H20，接着促进PC从异亚丙基处解离。因此两者的降解气相产物中都存在更多的电负性较强的非脂肪族取代芳族碎片，而P(=／王，PJ礓S肋MS的降解气相产物中多了一些邻位取代产物。这一降解机理在气相有利于材料燃烧热的释放，在凝聚相有利于绸环化合物的形成。ⅡIj海交通大学博上后出站报告POSS单独添加不能有效改善PC的阻燃性，但是代替PD

5、MS与PPFBS协同阻燃PC，可以得到更高效的阻燃PC材料，只需添加0．6wt％，即可使透明的0．8ram样条通过UL．94Vm级别的阻燃测试，材料的力学性能，包括拉伸强度、弯曲模量、断裂伸长率和冲击强度都有不同程度的提高。虽然POSS与PPFBS复配阻燃PC的热降解活化能同样降低，材料的降解也有所提前，锥形量热仪得到的曲线也接近，但是POSS与PPFBS复配阻燃PC的降解活化能在整个热降解过程中基本恒定，没有波动，说明POSS与PPFBS的协同机理不同于PDMS与PPFBS的协同机理。PPFBS和PDMS的加入没

6、有改变PC熔体的流变特性，但是PDMS增加了材料熔体的复数粘度，提高了熔体在高频区的储能模量和损耗模量，这有利于材料在火焰高温时阻止熔滴，POSS的加入，并没有改变PC的粘弹性基本特征，但是提高了PC的复数粘度。添加1wt％POSS时，Pc剪切变稀的行为变得不明显。0．1wt％POSS与PPFBS同时加入PC，材料熔体的复数粘度进一步提高，储能模量和损耗模量也同时提高，这种在一定程度上阻碍熔体运动的现象有利于抑制材料在燃烧过程中熔滴的形成。PDMS和POSS的加入，并没有影响PC在高频区的剪切变稀行为，从而保证了材

7、料在高剪切频率下的加工性。将应用于纯PC中的协效阻燃剂应用于PC的共混物如PC／ABS和PC／PET中，没有出现其在纯PC中的有效结果，但是调整后的配方在PC共混物中有一定的协同阻燃作用。POSS与PPFBS、PDMS复配后添加到PC／ABS中，共混物在UL-94垂直燃烧性能测试中能够自熄，达到v_1级别。复配阻燃剂使共混物的初始热降解时间提前；最快降解速率的时间推后；残碳量略有增加。材料的力学性能与不添加阻燃剂的PC／ABS共混物区别不大，POSS可有效抑制其他三种阻燃剂添加时对材料力学性能的恶化，保持了材料的力

8、学性能。n-MMT／PPFBS／PDMS协效，可使材料的初始热降解时间提前，最快降解速率的时间推后，残碳量明显增加，短时间内自熄，达到UL94V．0级别。与POSS相比，纳米蒙托土(n小蹦T)的加入对材料的力学性能有较大的恶化。磷系阻燃剂BDP对PC／PET共混物有一定的阻燃作用，在与少量的有机硅和磺酸盐复配后，在添加量为4wt％时就能使配比为PC／PET为