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采用乳液聚合的方法,利用带有乙烯基的水解性硅烷单体将极性差别很大的聚硅氧烷与聚丙烯酸酯实现接枝复合,得到的硅丙乳液兼具两者的优异性能,在涂膜应用上倍受关注。本课题则着眼于聚硅氧烷对聚碳酸酯(PC)的阻燃功效和聚丙烯酸酯与PC良好的界面相容性,选择了各具反应功能的苯基三乙氧基硅烷(PTES)、八甲基环四硅氧烷(D4)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MATS)三种硅烷单体作为核层单体,与丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)两种壳层单体,采用多步乳液聚合的方法,通过缩聚反应和乙烯基自由基聚合反应,合成了新型的丙烯酸酯接枝高交联聚硅氧烷及其核壳结构复合物。本文对乳液聚合过程中的各反应因素逐一进行了考察,并将该核壳结构硅丙共聚物用于PC的阻燃抗冲改性。
利用种子乳液聚合和半连续聚合的方法,以PTES为主要硅烷单体,先与D4、MATS进行水解共缩聚反应合成高交联聚硅氧烷核乳液,再分别与BA、MMA加成接枝共聚,得到了分布较均匀、平均粒径0.07μm左右的聚硅氧烷-丙烯酸酯共聚物乳液,经破乳、抽滤、洗涤、干燥后可得到核壳结构的白色颗粒状固体聚硅氧烷-丙烯酸酯共聚物。采用激光粒度分析仪、TEM对乳胶粒径分布、粒子形貌进行了研究,确定了三阶段的反应时间均为4h,辛基苯酚聚氧乙烯醚(OP-10)、十二烷基苯磺酸(DBSA)复合乳化剂3wt％的用量合成聚硅氧烷核乳液,BA、MMA加入前补加十二烷基苯磺酸钠(SDBS)乳化剂且两单体以半连续法加入可得到较均匀的核壳型复合乳液。FT-IR分析表明硅烷单体和丙烯酸酯类单体发生了接枝共聚,且测定得接枝率和接枝效率达72.4％和44.4％,TGA热分析表明其热性能适宜做PC的添加剂。
该核壳结构聚硅氧烷-丙烯酸酯共聚物用于PC的阻燃改性,单独使用阻燃PC,1.0wt％时阻燃等级为UL94V-2@1.6mm,氧指数LOI有33.8％,对力学性能影响小证明了硅丙共聚物和PC良好的界面作用；与0.3wt％的PTFE复配后滴落现象有所克服；KSS单独使用可以显著提高LOI,0.1wt％时是38.0％,但不足以达到UL94V-0@1.6mm;而将硅丙共聚物与0.1wt％KSS以及0.3wt％PTFE复合使用后,阻燃等级达到了UL94V-0@1.6mm,协同阻燃效果十分明显,缺口冲击强度为87.1kJ/m2,损害很小。用SEM、TGA等测试方法研究了阻燃PC燃烧后炭层的形态、微观结构以及燃烧时热降解方式,对硅丙共聚物和磺酸盐阻燃PC复合体系的阻燃机理进行了初步探讨。