聚苯基硅氧烷-聚丙烯接枝共聚物的合成與性能研究
時(shí)間:2005-06-23
吳寧晶 周汝毅 鄭安吶 胡福增
( 華東理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 上海 200237)
為了滿足塑料對(duì)阻燃劑的高效、低煙、低毒、價(jià)廉、無污染、無設(shè)備腐蝕性，并對(duì)塑料的物理機(jī)械性能和加工性能影響小等多方面要求，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外正致力研究和開發(fā)具有多方面效能的新一代阻燃劑。硅系復(fù)合阻燃體系就是一種具有很好開發(fā)應(yīng)用前景的新型聚烯烴阻燃劑之一。
目前已提供市場(chǎng)的有機(jī)硅系阻燃別是美國(guó)通用公司生產(chǎn)的5FR—100，是一種呈透明粘稠狀的硅酮聚合物。日本出光石油化學(xué)株會(huì)社研制并上市了Si阻燃PC材料，該阻燃劑的優(yōu)點(diǎn)是阻燃劑的添加量少，并且材料的物理性質(zhì)和一般的聚碳酸酯相同,再生三次后發(fā)現(xiàn)其物理性質(zhì)基本不變,可用于其它阻燃劑不適合的工作部件。
本文首先合成了聚苯基有機(jī)硅的大分子，然后將大分子在擠出機(jī)中和聚丙烯進(jìn)行熔融接枝，研究發(fā)現(xiàn)聚丙烯的力學(xué)性能影響不大的情況下，接枝聚合物的阻燃性能有顯著的提高。
采用“大單體技術(shù)”合成有機(jī)硅接枝聚丙烯共聚物，首先，以氫氧化鋰為引發(fā)劑， N，N-二甲基甲酰胺為促進(jìn)劑，采用陰離子聚合方法，使P4開環(huán)聚合，聚合完成后采用乙烯基二甲基硅氧烷封端，合成末端帶有雙鍵的有機(jī)硅大單體。然后，將聚丙烯與有機(jī)硅大單體在擠出機(jī)中進(jìn)行自由基熔融接枝反應(yīng)生成有機(jī)硅/聚丙烯接枝共聚物。
Fig.1是聚二苯基硅氧烷大分子的核磁共振譜圖，從圖中可以看出，7.2-7.8對(duì)應(yīng)于大分子中苯環(huán)的鄰位、間位、和對(duì)位氫的化學(xué)位移，而在0.08之間出現(xiàn)的質(zhì)子峰對(duì)應(yīng)于有機(jī)硅大分子端基硅甲基的化學(xué)位移；另外在6.5左右出現(xiàn)的三個(gè)小的質(zhì)子峰對(duì)應(yīng)于大分子中端基雙鍵的化學(xué)位移，這證明了有機(jī)硅活性大分子末端帶有雙鍵。
圖2是聚丙烯和有機(jī)硅/聚丙烯接枝共聚物的紅外譜圖，與純的聚丙烯相比，在1077和1120cm-1出現(xiàn)的吸收峰是聚苯基硅氧烷鏈段中硅氧鍵的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)，并且在1580cm-1處出現(xiàn)的吸收峰是有機(jī)硅中苯環(huán)的特征吸收峰，所以從紅外譜圖可知，通過自由基熔融反應(yīng)聚苯基硅氧烷大分子接枝到聚丙烯主鏈上。表1是有機(jī)硅大分子接枝到聚丙烯的接枝率和接枝效率，當(dāng)有機(jī)硅含量為5%，接枝效率高達(dá)96.4%，但隨著有機(jī)硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，接枝效率會(huì)下降。
聚苯基硅氧烷/聚丙烯接枝共聚物的力學(xué)與阻燃性能見表2，由表2中的數(shù)據(jù)可知，隨著加入有機(jī)硅含量的增加，聚丙烯的力學(xué)性能有部分下降，但當(dāng)加入有機(jī)硅的重量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，其氧指數(shù)為24.6，增加了36.1%，共聚物的阻燃性能有顯著的提高，并隨著有機(jī)硅含量的增加，其增加幅度逐漸減少,這為制備新型的綠色阻燃材料提供了很好的基礎(chǔ)。
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