《金屬雜化POSS協同磷氮構築新型阻燃環氧樹脂》是依託廈門大學，由曾碧榕擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：金屬雜化POSS協同磷氮構築新型阻燃環氧樹脂
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：曾碧榕
- 依託單位：廈門大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目擬從籠形低聚倍半矽氧烷（POSS）單元結構和功能設計出發，引入金屬元素到POSS中，結合磷/氮阻燃元素構築兩類阻燃體系：金屬雜化POSS-P/N阻燃劑小分子和反應型金屬雜化POSS-P/N聚合物阻燃劑，再將製備的金屬雜化POSS-P/N套用於阻燃環氧樹脂，全面探討阻燃性能影響因素，深入研究阻燃機理。本項目特色在於：（1）獨特的雜化金屬的存在，對高分子鏈的裂解路徑具有催化選擇作用，可以促進聚合物成炭，降低熱釋放，有效改善納米粒子間區域的成炭性和樹脂的阻燃性；（2）通過自組裝技術，實現多基元納米阻燃複合材料的可控構築，增強金屬雜化POSS-P/N阻燃劑與聚合物基材的相容性，實現將阻燃元素限制在納米尺度。本項目研究既可避免阻燃劑對基體其它物理化學性能的弱化，又能同時發揮納米複合阻燃和多元素協同阻燃的優勢。因而，有望在更低的添加量下全面提升聚合物阻燃性能指標，並提升基體的熱、機械性能。
結題摘要
本項目完成金屬雜化籠形POSS協同磷氮構築新型阻燃環氧樹脂的研究。首先合成出金屬雜化POSS-P/N分子以及復配型複合物，構築金屬/有機/無機多元協同無鹵納米阻燃體系，製備出環氧樹脂納米複合材料，獲得阻燃性能、熱性能和機械性能。其次，合成出以三嗪結構為中心且P/N比例可調的分子，獲得阻燃元素的最佳比及其對阻燃劑反應性的控制，由此設計出同時含POSS、磷雜菲和三嗪基元的分子內雜化物，可在環氧中自組裝，實現低添加量下阻燃增強增韌多重效果。最後分析影響因素並掌握金屬雜化POSS協同磷氮阻燃體系的阻燃機理。本工作為無鹵低毒綠色阻燃體系及阻燃環氧樹脂複合材料的設計提供了基礎依據，研究具有積極意義。㈠金屬雜化POSS-P/N分子及復配型複合物製備：①基於“頂角開籠+縮合”和“頂角蓋帽法+取代”兩條路線合成出金屬雜化POSS分子，進而通過Kabachnik-Fields反應，製得Ti/Zr雜化POSS-P/N分子。②基於金屬配位作用和Kabachnik-Fields反應，合成出Fe/Cu雜化POSS-P-N絡合物。③基於金屬有機試劑和磷雜菲衍生物復配製得金屬雜化阻燃體系。④基於可逆加成-斷裂鏈轉移RAFT聚合方法和側連結枝反應，得到POSS基含磷/鈦的共聚物。㈡阻燃元素P/N比例的可控調節及其對環氧樹脂透明性、熱性能、阻燃性能以及力學性能的影響規律。發現提高磷氮比可提升阻燃劑與環氧樹脂相容性並影響阻燃劑反應活性。㈢金屬雜化POSS-P/N協同阻燃改性環氧樹脂的製備、性能及阻燃機理研究。與磷雜菲化合物DOPO相比，添加金屬元素的POSS-P/N雜化分子和復配物阻燃體系發揮了金屬、矽、磷/氮多元素的協同作用。金屬對高分子鏈的裂解路徑具有催化選擇作用，更好促進聚合物成炭。改性環氧樹脂具有更高的極限氧指數、殘炭量以及更低的熱釋放和煙釋放，垂直燃燒UL-94等級達V-0級別。㈣發現燃燒過程中有機鈦轉變成熱力學穩定相的金紅石結構，促進了殘炭生成，極大提高了阻燃性。㈤發表13篇中英文學術期刊論文，其中SCI收錄9篇，EI收錄2篇，中文核心2篇。獲得國家發明專利授權12件。
