无卤阻燃抗静电聚碳酸酯材料的制备与性能研究

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1、华南理工大学博士学位论文无卤阻燃抗静电聚碳酸酯材料的制备与性能研究姓名：傅轶申请学位级别：博士专业：材料学指导教师：赵建青20090401捅要聚碳酸酯(PC)具有突出的抗冲性、耐热性和尺寸稳定性，是一种具有优良综合性能的热塑性工程塑料，广泛应用于电子、电器和汽车等众多领域。但PC的燃烧性和绝缘性限制了其进一步推广应用，尤其在某些领域的应用还会带来很大的安全隐患。通过阻燃和抗静电改性可以使PC材料具备一定的阻燃和抗静电能力。目前的研究集中在对PC进行或阻燃或抗静电的改性，较少涉及同时具备阻燃抗静电性能PC材料的改性研究。传统的阻燃剂和抗静电剂在使PC获得阻燃性和抗静电性的同时，会造

2、成材料力学性能的下降，尤其影响PC的优异抗冲性能。因此，有必要研究如何获得具有高抗冲性能的无卤阻燃PC或抗静电PC材料，以及具有较优异力学性能的无卤阻燃抗静电PC材料。借鉴传统的PC阻燃改性经验，以及核壳结构丙烯酸酯作为PC增韧剂的成熟应用，本论文制备了具有核壳结构的硅丙共聚物阻燃剂，系统研究高抗冲无卤阻燃PC材料、高抗冲抗静电PC材料以及无卤阻燃抗静电PC材料的制备方法、结构与性能的关系、阻燃机理和添加剂的相互影响。将二苯砜磺酸钾(KSS)、溴化聚碳酸酯(BPC)和聚四氟乙烯(PTFE)三种阻燃剂复配阻燃PC，总用量为0．7wt％时，复合体系达到1．6ram的UL94V-0阻燃

3、等级，LOI达到38．3％，缺口冲击强度达到72．XkJ／m2。TGA、CONE和炭层SEM测试表明KSS与BPC复配能够加快PC的热氧分解速率，促进燃烧过程中致密炭层的形成。通过种子乳液聚合，以苯基三乙氧基硅烷(PTES)为主要硅烷单体，先与八甲基环四硅氧烷(D4)、丫．甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MATS)进行水解共缩聚反应合成聚硅氧烷核乳液，再分别与丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)接枝共聚，制得具有核壳结构的聚硅氧烷．丙烯酸酯共聚物(简称硅丙共聚物)。控制各步反应时间为4小时，采用半连续的加料方式，控制硅、丙单体摩尔比为6：4，BA、MMA单体摩尔比为5：5

4、，获得最佳使用性能的核壳结构硅丙共聚物，采用FTIR和TGA对产物进行了表征和热性能分析。将制备的硅丙共聚物与KSS和P'I'FE复配用于PC的阻燃改性，阻燃剂总用量为0．5wt％时，复合体系达到1．6mm的UL94V-0阻燃等级，LOX达到38．5％，缺口冲击强度达到87．1kJ／m2，几乎未影响纯PC的抗冲性能。SEM图显示复配阻燃剂体系与PC基体相容性良好，由多重银纹引发的空穴，能够耗散冲击能，表现出韧性断裂特征。TGA和DTG测试表明硅丙共聚物在燃烧时向基材表面迁移，加速PC的热降解，催化形成致密炭层。通过PC／(SEBS+CB)母粒两步法加工方式，先将导电炭黑(CB30

5、00)与SEBS共混，再与PC共混，获得的复合物导电渗滤阈值低至2．1wt％，当PC／SEBS／CB合金体系组成为8@20／3．5时，复合物缺VI冲击强度达到63．0kJ／m2，体积电阻率达到1．3x107Q’cnl。SEM分析表明采用合金体系，以及PC／(SEBS+CB)母粒两步法的加工方式，使得CB实现非均匀分布。在PC／sEBs／CB(85／l5／2．5)合金体系中，采用5wt％的间苯二酚双(二苯基磷酸酯)(RDP)、2wt％的红磷(IU)、0．1wt％的KSS和0．3wt％的PTFE阻燃剂复配体系，复合物达到1．6mm的UL94V-0阻燃等级，体积电阻率为1．1x107f

6、2‘cm，缺口冲击强度达到26．0kJ／m2。采用TGA分析了阻燃剂与抗静电剂之间的相互影响，结果表明CB促进合金体系的燃烧，RDP能够润湿CB，促进CB在复合物基体中的分布和分散。炭层SEM和TGA．FTIR的研究表明具有较强凝聚相阻燃能力的红磷阻燃剂更适合于PC阻燃抗静电体系。关键词：聚碳酸酯；阻燃；抗静电；聚硅氧烷．丙烯酸酯共聚物；炭黑；阻燃抗静电IIABSTRACTDuetoexcellentimpactstrength，thermalpropertyanddimensionalstability,bisphenolApolycarbonate(PC)hasbeencom

7、monlyusedasengineeringplasticsinawidelyvarietyofapplicationsincludingelectric，electronicappliances，automobileandSOon．TheflammabilityandelectricalinsulationofPCmaycaBsethehiddendangerinsomekindsofapplicationswhichrestrictthefurtheruseofPCinawi