溴化聚苯乙烯對環氧固化物阻燃耐熱性的影響

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

　　關鍵詞：溴化聚苯乙烯;環氧樹脂;阻燃;三氧化二銻;磷酸三甲苯酯

　　1前言

　　環氧樹脂固化物性能優異：剛硬、固化收縮率小，與多種材料的粘合性能優良，強抗堿性能及易加工成型使其廣泛應用于粘結劑、層壓板、涂料等方面。由于環氧樹脂固化物易燃(氧指數LOI為19.5)，為滿足各種應用要求，增加環氧樹脂固化物的阻燃性能引起了人們的普遍關注。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氧指數測定(LOI)

　　按GB/T 2406-1993法測定樣品的LOI值，在HC-2型氧指數儀(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的J-1型高聚物形變-溫度測定儀測定熱變形溫度。

　　3結果與討論

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

　　為了研究溴化聚苯乙烯對環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)配合體系阻燃的環氧樹脂酸酐固化物的氧指數。結果如表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生鹵銻協同效應，其阻燃效果比單用溴化聚苯乙烯好得多，尤其當鹵銻質量比為3：1時效果更佳[2]。本實驗采用BPS與Sb2O3配合時鹵銻質量比均為3：1。從表1中可以看出BPS質量分數達到20%后LOI無大變化。

　　BPS與TCP配合使用時，由于發生鹵磷協同效應，明顯提高LOI值，且相同用量時效果優于BPS與Sb2O3配用。

　　3.2阻燃劑對環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及部分阻燃劑的熱分解;350℃以上對照樣只有一個失重區，是環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，第1失重區250-350℃，主要為阻燃劑失溴，第2失重區在350℃以上是環氧樹脂酸酐固化物的分解。

　　當只用BPS時(2，3號樣)，第1失重區為200～350℃，當BPS與Sb2O3配合使用時(4，5號樣)，第1失重區為150-330℃，當BPS與TCP配合使用時(6，7號樣)，第1失重區為170-350℃。從第l失重區溫度區間的變化可以看出，BPS與Sb2O3或TCP配合時，阻燃劑的分解溫度降低較多，即在環氧樹脂酸酐固化物分解以前就大量分解，這對充分發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質量分數增加的原因。

　　加入阻燃劑后，環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系圖。

　　表2 阻燃劑用量對環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結論

　　溴化聚苯乙烯能較好地阻燃環氧樹脂固化物，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同效應阻燃性能更好。BPS阻燃化的環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[M].北京：化學工業出版社.

　　[3]肖衛東.何培新，黃年華.含磷阻燃劑對環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 430062)