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环氧树脂作为热固型材料的典型代表,在社会生产生活中被普遍使用,然而和大多数聚合物材料一样,容易燃烧的特性限制了环氧树脂的进一步应用,因此,阻燃改性环氧树脂势在必行,随着社会环保意识的逐渐提高,环氧树脂无卤阻燃技术开发的重要性日益凸显;可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合是设计多功能化共聚物的重要手段,利用功能化共聚物改性环氧树脂能够使其具有更突出的综合性能。本文通过设计合成含氟、磷和硅的多功能共聚物来改性环氧树脂,磷和硅的高效阻燃性能够充分提高环氧树脂的耐火性,氟元素低表面能和易迁移的特性能够改善基材表面的表面性能。本文的具体工作如下:(1)首先合成含有9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)结构的可聚合含磷单体HEPO,再以该单体和丙烯酸六氟丁酯(HFBA)进行RAFT聚合制备得到侧基含DOPO/F二元嵌段共聚物FBCP和无规共聚物FRCP,采用红外光谱(FTIR)、核磁共振(1HNMR、31PNMR和19FNMR)、凝胶渗透色谱(GPC)成功表征侧基含DOPO/F二元共聚物的合成。将嵌段共聚物FBCP和无规共聚物FRCP掺入环氧树脂体系中,制备一系列侧基含DOPO/F二元共聚物改性环氧树脂复合材料,进而利用SEM、DSC、TGA、静态接触角测试仪、DMA、LOI、垂直燃烧、TGA-FTIR联用等测试手段分析FBCP和FRCP对环氧树脂性能的影响。研究发现,FBCP和FRCP的引入使得环氧树脂的表面能显著下降,当FBCP含量为10 wt%时,表面能由纯环氧的26.5 mN/m降低到17.4 mN/m;DSC和TGA结果表明加入共聚物以后,材料在800 ℃时的残炭增加,热稳定性增加;环氧树脂复合材料的LOI和UL-94测试结果表明,显示随着FBCP含量的逐步增大,环氧树脂的极限氧指数由未改性环氧树脂的26.0%升高到38.2%,在FBCP含量为10 wt%时达到V-0级别,进而利用EDS、TGA-FTIR和拉曼分析了其阻燃机理,发现在燃烧过程中,P元素能够发挥气相阻燃和凝聚相阻燃作用,并迁移至表面形成致密炭层,保护未燃烧的基材。此外,DMA、SEM和三点弯曲测试表明材料刚性和韧性增加。(2)以 HEPO、HFBA 和 MAiBuPOSS 为原料合成了侧基含 POSS/DOPO/F三元共聚物(RCP1、RCP2、RCP3),用RCP1改性环氧树脂得到改性环氧树脂复合材料。通过红外光谱(FTIR)、核磁共振(1H NMR、1P NMR和19F NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)成功表征侧基含POSS/DOPO/F三元共聚物的合成。研究发现由于F迁移至材料表面,材料表面能降低,RCP1添加量为3 wt%时,表面能为20.7mN/m,仅比EP100低5.8mN/m,而到添加量达到10wt%时,表面能下降11.8 mN/m。通过DSC和TGA测试发现,改性后的环氧树脂热稳定性增加,Tg升高,由阻燃性能测试分析可知,侧基含POSS/DOPO/F三元共聚物可显著提高材料的阻燃性能,随着RCP1含量的逐步增加,LOI的值逐步增大,EP97/RCP1-10的LOI值为36.8%,垂直燃烧级别达到了 V-0级别。EDS、TGA-FTIR和拉曼测试结果说明,P和Si的协同阻燃作用促进致密炭层的形成,高效阻燃环氧树脂。DMA结果表明,POSS结构的引入能够提高环氧树脂的交联度,刚性增加,RCP1低添加量时可提升环氧树脂韧性。