含磷氮POSS改性乙烯基树脂的阻燃性和热性能的研究

乙烯基树脂（VE）具有优异的耐腐蚀特性及良好的机械强度,但由于其易燃烧的缺点,极大地限制了其在轨道交通、船舶运输等领域的应用。本文采用多聚甲醛(POM),γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)和9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)为原料,通过经典的Kabachnik反应制备了含磷、氮的笼型和半笼型结构的低聚倍半硅氧烷（N/P-POSS）。然后,通过与商品化MFE-711乙烯基树脂共混/共聚的方法制备得到改性乙烯基树脂。采用红外光谱（FTIR）、核磁共振氢谱（1H-NMR）和基质辅助激光解析飞行时间质谱（MALDI-TOF）对阻燃剂（N/P-POSS）进行了结构表征;采用氧指数（LOI）、UL-94垂直燃烧、锥形量热、热重分析（TGA）以及动态力学分析（DMA）等方法对乙烯基树脂固化物的阻燃性能和耐热性能进行了研究。结果表明,当N/P-POSS的添加量为4 wt%时,乙烯基树脂固化物的LOI从19.5提高至27.5,并通过UL-94 V-1测试。并且热释放速率峰值(PHRR)和总热释放量（THR）分别降低了47.2 %和20.9 %。同时N/P-POSS的引入显著提高了乙烯基树脂的耐热性能,热分解温度提高了近10 ℃。采用扫描电镜（SEM）和热重红外（TG-FTIR）分析了其阻燃机理,主要为含磷自由基的淬灭效应,以及生成致密二氧化硅陶瓷相和含氮不可燃气体的阻隔作用,表现出了良好的磷、氮、硅协同阻燃效应。