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poss改性聚合材料
Confidential Copyright ? 2008 by HuaAT POSS 改性聚合物复合材料 多面体低聚倍半硅氧烷( POSS) 改性聚合物复合材料阻燃性及热稳定性 Page * 目录 前言 POSS结构 阻燃性及热稳定性的机理 阻燃性及热稳定性的合成及应用 后序 1 2 3 4 5 Page * 一前言 随着科技的发展,单一材料性能的局限性已满足不了人们的需求。为了提高材料的总体性能,人们将不同性能的材料进行复合。其中,多面体低聚倍半硅氧烷( POSS) 是近年来发展起来的一种新型的有机- 无机杂化材料。它具有无机材料热氧化稳定性高和优异的力学性能,同时兼顾有机材料的易加工、 韧性好和密度低等特点。且其分子设计易实现,可得到期望的具有特定的分子结构。同时,这类有机-无机杂化材料中不存在无机离子的团聚和两相界面结合力弱的问题。这些特点引起人们的广泛关注。尤其不完全缩合的POSS 是近年来POSS 合成领域研究的新热点【1】。本文综述了POSS 在阻燃性和热稳定性方面的机理及其应用。。 Page * 二POSS结构 POSS 是一类结构简式为RSiO 1.5的硅烷化合物[2],分子中R 基团可以为氢原子、 烷基、 芳基、 烯基等有机基团,其分子结构主要有无规结构、 梯形结构、 部分笼形结构与笼形结构。 各种分子结构如图1 所示。其中引入到高分子材料中的POSS,一般都指笼形结构[3]。POSS 的三维尺寸为1 ~ 3 nm,是最小的硅颗粒[4]。其结构特点可概括为: 分子内杂化结构,纳米尺寸效应,结构可设计性和良好的溶解性[5 - 7]。 Page * 三POSS 改性聚合物复合材料阻燃性及热稳定性的机理 POSS 改性聚合物复合材料阻燃机理:POSS 阻燃机理主要有,POSS 本身有机部分的分解将消耗一部分热量,使得聚合物材料分解速度减缓; POSS 燃烧过程中消耗氧气,产生一些不具有燃烧性能的气体( 如N2、NH3等) ,可以起到稀释可燃有机气体的作用,从而降低高分子材料燃烧的剧烈程度; POSS 燃烧以后,形成硅氧化合物( SiO2) ,沉淀在还未燃烧的聚合物表面,有一部分形成保护层,一定程度起到减缓热量传递,抑制可燃气体挥发,阻隔可燃气体和氧气混合的作用; POSS 能够向聚合物熔体表面逐步迁移形成具有较高热稳定性的隔阻层,从一定程度上对热质传递起到抑制作用。 POSS 改性聚合物复合材料热稳定性的机理:POSS 提高聚合物材料热稳定性的机理主要有: POSS 的刚性,POSS 的物理聚集及交联作用,POSS 与共聚单体之间的偶极- 偶极作用、 纳米效应以及氢键作用等。不同的聚合物/POSS 共混物中有不同的机理起主导作用。董翠芳等在研究甲基丙烯酰氧丙基笼型倍半硅氧烷( MAP -OSS) 改性不饱和聚酯( UP) 的热性能时,发现MAP - POSS 引入键能较大的Si—O 键和Si—C 键及POSS 分子中庞大的笼型结构和局部交联,均会阻碍分子链的运动和小分子的逸出,其综合作用提高了聚合物复合材料的热稳定性。 Page * Xu Hongyao 等[14 - 16]在对乙烯吡咯烷酮-POSS(PVP -POSS) 共聚物,4- 乙酰氧基苯乙烯-POSS(PAS -POSS) 共聚物的热性能及PAS - POSS 与对羟基苯乙烯-POSS(PHS -POSS) 共聚物热性能对比研究中发现,前两种共聚物的玻璃化转变温度( T g) 均随POSS 含量的呈先降后升的趋势。导致两种共聚物T g升高的主要原因是偶极- 偶极作用和纳米效应。当刚加入POSS 单体时,共聚单体分子间偶极- 偶极作用起主导作用,因而共聚物的热性能降低; 随着POSS含量的增加,POSS 的纳米效应和POSS 与共聚单体间的偶极- 偶极作用的增强,共同阻碍了分子链的自由旋转和运动,导致了共聚物热性能增强。在PAS - POSS 与PHS - POSS热性能对比的实验中发现,PHS 的—OH 与POSS 的O 原子之间形成了较强的氢键作用,有效地抑制了分子的运动。 四 POSS 改性聚合物复合材料阻燃性及热稳定性的合成及应用 Page * ?POSS 在聚合物阻燃方面的合成及应用 由于POSS 结构的特殊性,POSS 改性的聚合物与一般改性聚合物相比,具有延迟燃烧、 放热量小的特点【17 - 18】且POSS 燃烧时不释放挥发性有机成分,与当代环保理念吻合用POSS 改性的环氧树脂( EP) 耐热性好,且无卤阻燃 。倪贵峰等[19]将笼型八聚氨丙基倍半硅氧烷( NH2-POSS) 与正丁基缩水甘油醚
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