摘要
随着科技的发展，高分子材料以易加工、韧性好、耐磨耐腐蚀、绝缘性好等优良性能，逐渐在建筑、汽车、航空等各个领域得到了广泛应用。然而，这类材料通常易于燃烧，在使用过程中难免带来潜在的火灾隐患。为了解决这种安全隐患，研究和制备出具有阻燃特性的高分子材料具有非常重要应用意义。 为了实现高分子材料的阻燃，采用阻燃剂物理添加的方式，是一种成本低、工艺简单、适合工业化生产的有效手段。在众多报道的阻燃剂中，作为一类重要的低烟、低毒、非卤的磷系阻燃剂，红磷由于其阻燃效率高、成本低廉、资源易得的特性而备受关注。但红磷也存在色度过深、易吸潮、加工热稳定性差等问题极大限制了其应用。 近年来，随着相关研究的不断深入，红磷的胶囊包覆技术已被证实是一种行之有效的技术，即可利用不同的囊材以及多重包覆的工艺技术，实现了吸湿性以及与高分子材料间相容性的改善，赋予红磷阻燃剂更好的发展空间。围绕这种包覆理念，进一步探究红磷的超细化和表层有机-无机双层包覆后，以其为阻燃剂，探讨以环氧树脂为代表的高分子材料性能的影响规律，本课题主要制备了两类不同的包覆红磷以及对应的阻燃环氧树脂，具体开展的研究内容如下： 1.利用球磨工艺首先实现纳微级红磷的制备，其次借助表面沉积技术实现无机氢氧化镁表面包覆，再利用3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷的化学键合作用将双键基团引入到红磷表面，借助自由基聚合将聚(N-异丙基丙烯酰胺)引入到红磷粒子最外层，实现了最外层有机聚(N-异丙基丙烯酰胺)包覆、内表层无机氢氧化镁包覆的表面双层有机无机包覆纳微级红磷。经过系列测试表征：包覆红磷完成了包覆结构，平均粒径为1.4μm，包覆致密，敞口放置时24h吸湿增重率仅0.03%，安全性、稳定性提高；作为阻燃剂阻燃环氧树脂EP时，添加16wt%，EP的极限氧指数达最大值27.1%；添加10wt%，EP的垂直燃烧等级达V-0级，较小的粒径以及红磷、氢氧化镁的协效作用使得其阻燃性能优异；包覆红磷在EP中分散均匀，EP的力学性能增强，添加16wt%，EP拉伸强度达到最大值24.09MPa、弯曲强度达到最大值39.50MPa，添加8wt%，EP的冲击强度达到最大值6.27kJ/m2。 2.借用类似表面修饰手段，分别以二氧化硅和三聚氰胺氰尿酸盐MCA为无机层和有机层，制备出MCA最外层、二氧化硅内表层的有机无机双层包覆纳微级红磷。经过系列测试表征：包覆红磷完成了包覆结构，平均粒径为1.4μm，吸湿性大幅减小，保存性提升；用于环氧树脂EP阻燃时，添加16wt%，EP极限氧指数值达最大值28.2%；添加8wt%，EP垂直燃烧等级达到V-0级，红磷、SiO2与MCA构成磷氮硅协效阻燃，在凝聚相-气相协同阻燃，阻燃效果突出；包覆红磷在EP中分散均匀，EP力学性能增强，添加16wt%，环氧树脂的拉伸强度达到最大值26.16MPa；添加6wt%，弯曲强度达到最大值44.10MPa；添加16wt%，冲击强度达到最大值4.51kJ/m2。 本论文制备了两种包覆红磷阻燃剂，并以此制备了阻燃环氧树脂。借助有机/无机双层包覆技术以及红磷的纳微化，解决了红磷的保存 稳定性以及与高分子材料的相容性问题，实现其作为阻燃剂，在不影响其他主要性能的条件下，对高分子材料阻燃性能的提高。这类阻燃剂由于符合阻燃剂开发所要求的高效、低毒、无卤的趋势，必然具有更广阔的应用前景。
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