溴化聚苯乙烯對環(huán)氧固化物阻燃耐熱性的影響

 　　摘要：用氧指數(shù)法、熱分析法、熱變形法測定研究了溴化聚苯乙烯對環(huán)氧樹脂的酸酐固化物阻燃性能和熱性能等的影響。結(jié)果表明溴化聚苯乙烯能有效阻燃環(huán)氧樹脂酸酐固化物，同三氧化二銻或磷酸三甲苯酯配合使用阻燃效果更好。

　　關(guān)鍵詞：溴化聚苯乙烯;環(huán)氧樹脂;阻燃;三氧化二銻;磷酸三甲苯酯

　　1前言

　　環(huán)氧樹脂固化物性能優(yōu)異：剛硬、固化收縮率小，與多種材料的粘合性能優(yōu)良，強抗堿性能及易加工成型使其廣泛應(yīng)用于粘結(jié)劑、層壓板、涂料等方面。由于環(huán)氧樹脂固化物易燃(氧指數(shù)LOI為19.5)，為滿足各種應(yīng)用要求，增加環(huán)氧樹脂固化物的阻燃性能引起了人們的普遍關(guān)注。為提高其阻燃性，我們用廢舊聚苯乙烯泡沫制成阻燃劑溴化聚苯乙烯，研究了它對環(huán)氧樹脂酸酐固化物阻燃性能和熱性能等的影響。

　　2實驗部分

　　2.1原料

　　E-42環(huán)氧樹脂，上海輕化公司;溴化聚苯乙烯，自制;三氧化二銻，湖南益陽銻品廠;磷酸三甲苯酯，上海試劑三廠。

　　2.2制樣

　　按m(E-42)：m(甲基四氫苯酐)=100：80配樣，同時加入固化促進劑二甲基咪唑，在120℃混合后加人阻燃劑固化2 h，冷卻至室溫。

　　2.3氧指數(shù)測定(LOI)

　　按GB/T 2406-1993法測定樣品的LOI值，在HC-2型氧指數(shù)儀(南京江寧分析儀器廠)上測定。

　　2.4熱重分析(TGA)

　　將測試的固化樣品粉碎，在Perkin Elmer熱析儀上以升溫速度20℃/min測定(氮氣氛中)。

　　2.5熱變形溫度測定

　　以中山大學教科儀器廠生產(chǎn)的J-1型高聚物形變-溫度測定儀測定熱變形溫度。

　　3結(jié)果與討論

　　3.1溴化聚苯乙烯(BPS)用量對環(huán)氧樹脂酸酐固化物氧指數(shù)(LOI)的影響

　　為了研究溴化聚苯乙烯對環(huán)氧樹脂酸酐固化物阻燃性能的影響，測定了不同用量BPS，BPS與三氧化二銻(Sb2O3)，BPS與磷酸三甲苯酯(TCP)配合體系阻燃的環(huán)氧樹脂酸酐固化物的氧指數(shù)。結(jié)果如表1所示。從表1可以看出，隨著BPS用量的增加，LOI值增加，但是增加幅度并不大。這說明僅用BPS阻燃效果并不理想，而用量太大時生煙量也很大。

　　表1 阻燃劑用量對環(huán)氧樹脂酸酐固化物LOI的影響

　　ω(阻燃劑)/%01015202530

　　BPS19.521.321.622.823.023.4

　　BPS+Sb2O319.522.624.027.528.328.4

　　BPS+TCP19.527.531.531.532.631.5

　　大量研究表明BPS與Sb2O3配用時，由于Sb2O3，可以與溴化聚苯乙烯產(chǎn)生鹵銻協(xié)同效應(yīng)，其阻燃效果比單用溴化聚苯乙烯好得多，尤其當鹵銻質(zhì)量比為3：1時效果更佳[2]。本實驗采用BPS與Sb2O3配合時鹵銻質(zhì)量比均為3：1。從表1中可以看出BPS質(zhì)量分數(shù)達到20%后LOI無大變化。

　　BPS與TCP配合使用時，由于發(fā)生鹵磷協(xié)同效應(yīng)，明顯提高LOI值，且相同用量時效果優(yōu)于BPS與Sb2O3配用。

　　3.2阻燃劑對環(huán)氧樹脂酸酐固化物熱分解行為的影響

　　為了進一步了解BPS對環(huán)氧樹脂酸酐固化物的阻燃作用，對其進行了熱重分析。加阻燃劑的環(huán)氧樹脂酸酐固化物，以其作為對照樣，160℃以下主要為水分等殘留小分子的揮發(fā)及部分阻燃劑的熱分解;350℃以上對照樣只有一個失重區(qū)，是環(huán)氧樹脂酸酐固化物的熱分解;而加有阻燃劑的試樣有2個失重區(qū)，第1失重區(qū)250-350℃，主要為阻燃劑失溴，第2失重區(qū)在350℃以上是環(huán)氧樹脂酸酐固化物的分解。

　　當只用BPS時(2，3號樣)，第1失重區(qū)為200～350℃，當BPS與Sb2O3配合使用時(4，5號樣)，第1失重區(qū)為150-330℃，當BPS與TCP配合使用時(6，7號樣)，第1失重區(qū)為170-350℃。從第l失重區(qū)溫度區(qū)間的變化可以看出，BPS與Sb2O3或TCP配合時，阻燃劑的分解溫度降低較多，即在環(huán)氧樹脂酸酐固化物分解以前就大量分解，這對充分發(fā)揮氣相阻燃是有利的。

　　從600℃后的殘留量分析，加入阻燃劑的殘留量均大于對照樣。這也說明阻燃劑同時發(fā)揮了凝聚相阻燃作用。比較4號樣和5號樣及6號樣和7號樣，阻燃劑用量增加時，殘留量降低，這是因為阻燃劑比例增加，即較低溫度下易于分解的物質(zhì)質(zhì)量分數(shù)增加的原因。

　　加入阻燃劑后，環(huán)氧樹脂酸酐固化物的熱分解溫度有所降低，但是降低幅度不大。

　　3.3阻燃劑對環(huán)氧樹脂固化物熱變形溫度的影響

　　熱變形溫度測定表明，其熱變形溫度因阻燃劑的加入而降低。同時加入BPS與加入BPS和Sb2O3體系的熱變形溫度大致相同，而BPS與TCP體系熱變形溫度降低較多，可能是因為TCP起到了對環(huán)氧樹脂固化物的增塑作用。表2為阻燃劑用量與熱變形溫度關(guān)系圖。

　　表2 阻燃劑用量對環(huán)氧樹脂酸酐固化物熱變形溫度的影響

　　ω(阻燃劑)/%01015202530

　　BPS110108108109108100

　　BPS+Sb2O311099101100102104

　　BPS+TCP1108079797876

　　4結(jié)論

　　溴化聚苯乙烯能較好地阻燃環(huán)氧樹脂固化物，且與三氧化二銻和磷酸三苯酯配合使用時因鹵銻及鹵磷協(xié)同效應(yīng)阻燃性能更好。BPS阻燃化的環(huán)氧樹脂固化物其熱變形溫度降低，但降低幅度不大。

　　參考文獻：

　　[1]Ying-lin Liu，Ging-ho Hsiue，Yie-shun chiu.Journal of Polymer Science，1997，29，565-574.

　　[2]歐育湘.實用阻燃技術(shù)[M].北京：化學工業(yè)出版社.

　　[3]肖衛(wèi)東.何培新，黃年華.含磷阻燃劑對環(huán)氧樹脂固化物的阻燃性研究[J].

　　(湖北大學化學與材料科學學院 程新建、曹杰、于莉、肖衛(wèi) 430062)