POSS的合成及其PET复合材料的制备与性能

发布时间：2017-11-24 11:11

  本文关键词：POSS的合成及其PET复合材料的制备与性能

  更多相关文章： PET POSS 环三磷腈 机械性能 热性能 阻燃性能

【摘要】：由于价格低廉、物理性能和可加工性优异,聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)广泛应用于纤维、薄膜、工程塑料等诸多领域。但PET易燃,融滴现象严重,限制了更加广泛的应用,因此需对材料进行阻燃改性。一般阻燃整理多采用无卤添加型阻燃剂,其中环三磷腈类阻燃剂由于其高效的阻燃性,越来越为研究者们所重视。本课题组在前期研究中合成了一种新型高效环三磷腈类阻燃剂六-(4-烯丙基醚苯氧基)环三磷腈(PACP),通过熔融共混成功制得PACP/PET复合材料,但研究发现添加PACP会导致材料机械性能的下降,因而需选择适当的添加剂,在保持阻燃效果的同时,改善材料的机械性能。通过查阅相关文献发现,多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)作为一种新型的纳米有机无机杂化材料,在聚合物改性方面应用前景广泛。纳米级的分子尺度可以用以增强材料的机械性能,笼状结构的Si-O内核可以提高材料的耐热性能,同时,高温形成的Si O2覆盖层又能赋予材料良好的阻燃性能。因此,本文合成两种POSS纳米颗粒作为添加剂,分别和阻燃剂PACP一起复配到PET基体中,旨在考察二者的协同效应以及对PET力学性能、热性能和阻燃性能的影响,以实现PET机械性能和阻燃性能之间的统一。研究内容可分为以下几个方面:(1)分别以苯基三氯硅烷(Ph Si Cl3)、乙烯基三甲氧基硅烷(C2H3Si(OCH3)3)为原料,通过水解缩合反应合成了两种不同结构的POSS,即八苯基倍半硅氧烷(OPh-POSS)和八乙烯基倍半硅氧烷(OVi-POSS);利用热重分析(TG)对二者的热稳定性和降解机理进行探究,结果表明,OPh-POSS在氮气和空气中初始降解机理相同,在400o C之前没有质量损失,初始降解温度(T-5%)发生于440o C,在850o C的残余量分别为40.9%和30.7%,耐热稳定性优异;而OVi-POSS在氮气和空气中的降解机理具有明显差异,试样在氮气中的初始降解温度(T-5%)仅为225o C,残余量约为1.9%,耐热稳定性较差,在空气中初始裂解温度(T-5%)则为328o C,在850o C的残余量高达70.0%,且失重过程在700o C趋于稳定,表现出良好的耐热氧稳定性。(2)采用直接熔融共混的方法将OPh-POSS纳米颗粒和阻燃剂PACP添加到PET中,考察两种添加剂的引入对材料性能的影响,并对其作用机理进行了分析。结果表明,OPh-POSS颗粒在材料中的分散尺寸约为500nm,具有一定的团聚趋势,故对材料机械性能提升有限;OPh-POSS的加入可以改善基质的结晶速率和结晶能力,将复合材料的结晶温度提高了20o C以上,纳米颗粒的异相成核效应对材料结晶性能的改善起决定作用;阻燃剂PACP在复合材料中起塑化作用,使基体的玻璃化温度降低,将OPh-POSS引入PACP/PET阻燃体系使其玻璃化转变温度由85.7o C升高至88.5o C,同时显著改善了体系的热机械性能;MCC测试结果表明,OPh-POSS/PACP/PET复合材料的热释放速率曲线上出现了两个峰值,热释放速率峰值和热释放总量分别下降至312.3W/g和14.7 k J/g,表明两种添加剂存在着一定的协同效应,燃烧后形成致密稳定的炭层,材料表现出良好的阻燃性能。(3)采用溶液预分散的方法将OVi-POSS纳米颗粒和阻燃剂PACP一起包覆于PET切片上,再经熔融共混制备OVi-POSS/PACP/PET复合材料,以提高POSS纳米颗粒的分散程度,考察两种添加剂的引入对材料性能的影响,并对其作用机理进行了分析。结果表明,采用溶液预分散的方法可以有效抑制共混过程中POSS颗粒在PET基体中的团聚,OVi-POSS在PET基体中分散较为均匀(尺寸100~200nm左右),添加1.0%OVi-POSS可使PET的断裂强度由38.12MPa提高至64.37MPa,显著提高了PET基体的断裂强度,弥补了阻燃剂PACP引入导致材料力学性能下降的不足;OVi-POSS的加入同样改善基质的结晶速率和结晶能力,将基体的结晶温度提高了约35o C;OVi-POSS的引入亦提高了PET的玻璃化温度和热稳定性;OVi-POSS/PACP/PET复合材料热释放速率曲线上均为单一放热峰,燃烧后复合材料形成褶皱状致密炭层,隔绝热量和气体的传递,提高基体的阻燃性能。
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332

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本文编号：1222039