1. 研究目的与意义
双固化技术是将uv光固化与其他固化方式结合起来的固化技术,双固化结合了各种聚合反应的优点,表现出较好的协同效应。双固化技术扩展了uv光固化体系在不透明的材质之间、形状复杂的基材上、超厚涂层及有色涂层等中的应用。现广泛应用于石油化工、电子、医药、建筑等行业,具有广阔的市场前景。
针对双固化技术而开发的树脂称之为双固化树脂,双固化树脂虽然具有优异的固化性能,但还存在诸多问题:
(1)常规双固化树脂单体中含有大量刚性苯环结构,树脂固化物内应力大,在外力作用或冷热不均的情况下,结构易遭破坏。另外,固化体系受限于单体活性基团的聚合反应特性,树脂混合配伍可调的灵活性不大,难以根据实际应用场合对固化物的刚柔特性进行自由调配。
2. 国内外研究现状分析
在双固化树脂的阻燃改性方面,专门针对双固化技术而制备的反应型阻燃剂尚未见到。就普通树脂的阻燃改性而言,常见的阻燃改性体系有卤、氮、硅、磷等体系。含卤阻燃体系燃烧时产生大量的腐蚀性有毒气体和有害物质,使其应用受到限制。氮系阻燃阻燃剂一般要与其它阻燃剂协同作用才能使固化物得到更为优异的阻燃性能。硅阻燃体系具有优异的阻燃性能,少量硅化合物引入至树脂体系中时,可通过凝聚相成炭和气相的自由基捕捉机理,明显改善阻燃性能,但纯硅阻燃体系亦会造成材料成本的大幅上升。磷是一种易形成化合物的元素,POC键或PC键具有很好的稳定性,此类含磷阻燃体系可在一定温度下热分解,形成耐热残炭层,实现其阻燃功能。
阻燃体系一般要不同类型的阻燃剂相互协同作用才能得到更为优异的阻燃效果。磷/硅阻燃剂是一类阻燃效果最为优异的复配型阻燃体系。在高温下,磷会催化促成炭的形成,硅则有助于提高这些炭层的热稳定性,从而发挥出磷硅协同阻燃效果。研究开发磷/硅协同阻燃体系是提高阻燃效率、降低有机膦阻燃剂毒性和降低有机硅成本切实可行的办法。它集催化阻燃作用、抑制凝聚相氧化和形成有效焦炭层等多种阻燃特征于一体,是今后阻燃技术发展的重要方向。
3. 研究的基本内容与计划
以油脂和萜烯为原料,选用有机膦单体作为核心分子,新的阻燃型双固化树脂单体。通过研究不同反应物料配比、反应温度与时间、催化剂用量以及溶剂类型等因素对合成反应的影响,确定最佳合成反应条件,并采用FTIR、NMR、GPC等分析手段表征所制备的生物基双固化树脂单体的化学结构。
结合应力-应变测试曲线,并分析固化体系的刚柔性、粘结性能、耐水、耐化学性能与交联单体配伍之间的关系;通过混合体系流变性能和固化物交联密度的评价,并着重研究所设计的树脂单体分子结构与固化体系刚柔性之间的构效关系。
4. 研究创新点
采用天然油脂或萜烯为原料,设计得到新型的阻燃型双固化树脂单体,从本体上对固化物进行阻燃改性;将脂肪酸的柔性链段和萜烯基的刚性脂环或桥环结构在双固化树脂聚合物中融合。
油脂基单体分子结构中的长碳链能赋予固化物以柔韧性,萜烯基单体中含有的桥环或脂肪环结构能赋予固化物以强度和刚性;通过调节各单体的不同配伍,能同时保证材料的韧性和强度。固化体系中同时融合了有机膦/硅基团、脂肪链和脂肪环(或桥环结构)基团。由于分子结构的优势互补以及双固化反应历程可制得一种高性能的材料。
