硅树脂改良阻燃材料的进展

硅树脂改良阻燃材料的进展

夏文龙

广州信粤新材料科技有限公司 510000

摘要 硅树脂是一种主链为Si-O-Si的热固性聚硅氧烷聚合物，这一物质具有比较高的交联结果，并且使用分子链结构硅树脂具有很多的优势，比如说能够耐老化、耐氧化以及耐高低温，此外也是一种具有环保性质的材料。硅树脂作为一种阻燃材料可以有效提升高分子材料的阻燃性能，也不会破坏掉高分子材料的机械性能以及加工性能。硅树脂在实际燃烧的这一过程中并不会产生一些有毒气体，比如说卤化氢。所以，作为一种具有环保性能的阻燃材料，硅树脂得到了业界的广泛重视。本文主要阐述了硅树脂及其阻燃的相关内容以及硅树脂阻燃机理，进一步介绍了硅树脂提升高分子材料的阻燃性能研究，以期为我国的材料化工工作作出一定贡献。

关键词 硅树脂；改良；阻燃材料；进展

前言

硅树脂材料由于具有优异的阻燃性被广泛应用在业界，合理地利用硅树脂材料可以在一定程度上提升高分子材料的阻燃性，能发挥出其最大价值，本文主要研讨了硅树脂改良阻燃材料的一些工艺方法，在提升工艺的前提下提升环保性能。

一、硅树脂及其阻燃概述

硅树脂是一种以Si-O-Si结构为主链，侧基适宜苯基、甲基以及乙烯基等组成的一种无机-有机杂化高分子材料。其中，无机机构Si-O-Si中的硅氧键键能高达460kJ/mol，这就从侧面显示出其具有比较好的耐高温性能。通过调节其中的链接数，可以让硅树脂具备比较好的韧性以及弹性。硅树脂除了具备优秀的韧性以及弹性之外，还具备耐高温的性能，耐水性、电绝缘性以及耐磨性能。针对硅树脂这些比较优良的性能，硅树脂在受到了一定重视，被广泛的应用在了航天制造、机械制造以及电子制造等行业中。硅树脂还是一种具有环保性能的材料，作为阻燃剂可以在高分子材料生产的这一过程中，直接添加在高分子材料内部来提升高分子材料的阻燃性能，还可以通过喷涂的形式在高分子材料的表面部分形成一个阻燃涂层，这样可以有效提升高分子材料的整体阻燃性能。将硅树脂当做阻燃剂添加在高分子材料中，不仅可以有效提升高分子材料的阻燃性能，还可以改善高分子材料的加工性能以及机械性能^[1]。

二、硅树脂阻燃机理

在硅树脂中含有氢、氧、碳以及硅4种元素，所以硅树脂在实际的燃烧过程中就会分解出来二氧化碳、水以及二氧化硅。硅树脂在燃烧时所产生的二氧化硅可以比较均匀地覆盖在一些可燃物的表面，这样能够形成一个质地较硬的壳层，可以避免可燃物熔融滴落毁坏壳层。与此同时，二氧化硅也是一种扩散屏蔽层，可以在一定程度上阻碍内部高分子材料在高温下热分解产生的汽化有机物扩散到燃烧区域。但是，需要注意的是，二氧化硅壳层的导热系数是比较低的，隔热效果十分良好，这样可以有效阻断在燃烧过程中的热传递。硅树脂在实际的燃烧过程中会生产出来二氧化硅，二氧化硅的硬质壳层具有较好效果，可以帮助高分子材料达到阻燃的效果，这样阻燃作用主要是按照凝聚态阻燃机理来实现的^[2]。

三、硅树脂提升高分子材料的阻燃性能研究

（一）硅树脂阻燃添加剂提升高分子材料阻燃性能

硅树脂型的阻燃剂添加方式是较为简单的，将硅树脂和基体材料共同混合之后就可以制作出具备较高性能的材料。比如说采用双辊塑炼机将PC熔融和硅树脂融合炼成阻燃材料，其中，如果硅树脂质量分数达到可百分之六，材料的极限氧指数就会从百分之二十六提高到百分之四十，阻燃的等级也会有所提升^[5]。对于复合材料来说，介电强度也会随着硅树脂量的不断提升而提升，但是，体积电阻率以及表面电阻率和硅树脂含量增加并没有什么直接的联系，这是因为硅树脂具备比较好的绝缘性能，并且还与PC具有比较好的相容性。需要注意的是，尽管说PC和硅树脂之间具有较好的相容性，在PC中加入硅树脂不仅可以有效提升PC的力学强度，还可以有效提高PC的缺口冲击强度以及拉伸断裂强度等。通过水解缩合方法来制作甲基苯基硅树脂，可以当做提升PC阻燃性能的工具，使用不同工艺所生产的甲基苯基硅树脂，由于热稳定性能的差异使得PC的阻燃性也有着比较大的差异。所以，硅树脂热稳定性是十分关键的因素。对于硅树脂来说，如果热稳定性能比较好，这就会使得PC的阻燃性能和成炭率较高。通过相关研究表明，最佳的工艺条件反应时间是在2个小时，反应温度需要控制在80摄氏度，催化剂量保证在5g，封端时间为45分钟。在这种条件下的PC中添加硅树脂，可以将PC的LOI由百分之二十六提高到百分之三十四^[3]。

（二）硅树脂阻燃涂层提升高分子材料阻燃性能

硅树脂除了可以当做阻燃剂，提升高分子材料的阻燃性能以外，还可以当做阻燃涂层的方式被喷洒在高分子材料的表面。其中，以氯硅烷作为原料所合成的Ｒ/Si值（有机官能团与Si原子之比)分别为1.3，1.2和0.9的硅树脂，将这一硅树脂科学的放置在PU泡沫的表面，就可以在一定程度上有效提升力学性能和热稳定性，并对其中的微观结果进行改善

^[4]。如果说浸凃在这些表面材料的3中硅树脂质量是相等的，就能够有效提升阻燃性能，复合材料中的LOI也就从百分之十四上升到了百分之二十六、百分之二十八和百分之二十八点八^[6]。

四、结束语：

综上所述，硅树脂作一种新型阻燃剂，具备很多的优势，比如说高效、无毒以及低烟等，硅树脂既可以当做阻燃添加剂也可以当做阻燃涂层，不管是当做添加剂还是当做涂层，都可以有效提升高分子材料的阻燃性能，并且能够保护高分子材料的机械性能。硅树脂还能够结合实际情况和其他的阻燃剂融合来添加到高分子材料中提升阻燃性能。需要注意的是，硅树脂作为一种阻燃剂或者是阻燃涂层，阻燃效率和硅树脂的结构有着十分密切的关系。所以，在今后的研究中，可以从分子结构设计的这一角度出发，制造出具有更高效率的硅树脂阻燃剂。硅树脂作为阻燃剂有着很高的价格，但是，由于其环保性能较好，所以被广泛的应用在了化工工作中。

参考文献：

1. 吴谦, 冯一峻, 裴勇兵,等. 硅树脂改良阻燃材料的新进展[J]. 中国材料进展, 2018, 037(003):185-190.

2. 刘方猛. 新型甲基苯基有机硅树脂的合成及阻燃聚碳酸酯研究[D]. 东北林业大学, 2012.

3. 马万里,薛泓林. 改性聚氯乙烯电缆材料防火性能和防腐蚀性能的研究[J]. 塑料科技, 2020, v.48;No.342(10):35-38.

4. 宗吕, 李江群. VMQ硅树脂的制备及其在光学级透明硅橡胶中的补强应用[J]. 有机硅材料, 2019, 033(0z1):40-43.

5. 卿玉长, 周万城, 罗发,等. 多壁碳纳米管/环氧有机硅树脂吸波涂层的介电和吸波性能研究[J]. 无机材料学报, 2010(02):181-185.

6. LU Jingjuan, GUO Xingzhong, YANG Hui. 表面改性硅溶胶粒子增强聚甲基硅树脂薄膜材料[J]. journal of chemical industry\&\engineering:china, 2006, 57(9):2152-2156.