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羧基聚硅氧烷和羟基聚硅氧烷的合成表征及对聚碳酸酯的阻燃研究
论文：羧基聚硅氧烷和羟基聚硅氧烷的合成表征及对聚碳酸酯的阻燃研究
摘要：
本文以聚碳酸酯为基础材料，探究了羧基聚硅氧烷和羟基聚硅氧烷的合成方法，并通过红外光谱、元素分析、热重分析等手段对其结构和性能进行表征。同时，将其作为阻燃剂加入聚碳酸酯中，测试了其阻燃性能。研究结果表明，合成得到的羧基聚硅氧烷和羟基聚硅氧烷均具有良好的热稳定性、低毒性和可降解性，并且可以有效提高聚碳酸酯的阻燃性能。
关键词：羧基聚硅氧烷，羟基聚硅氧烷，聚碳酸酯，阻燃
1.引言
近年来，随着全球环保和可持续性发展的要求越来越高，研究开发新型绿色阻燃材料已经成为重要的研究方向。聚碳酸酯作为一种广泛应用于塑料、电子、建筑等领域的重要材料，其阻燃性能的提升也成为了研究的热点之一。在此背景下，羧基聚硅氧烷和羟基聚硅氧烷作为新型阻燃剂吸引了越来越多的研究者的关注。
2.实验方法
2.1合成方法
羧基聚硅氧烷和羟基聚硅氧烷的合成方法基本相同，只是在反应中使用的硅烷和羧酸或醇类不同。本实验采用三甲基乙烯基硅烷和丙酸甲酯分别作为硅烷和羧酸，以球磨法进行反应合成羧基聚硅氧烷，以水解缩聚法合成羟基聚硅氧烷。
反应方程式如下：
羧基聚硅氧烷：SiR’3-χ(OCH2CH2CO2M)χ+H2O→(SiR’O3/2)χ(OCH2CH2CO2M)χ+3R’OH
羟基聚硅氧烷：SiR’3-χ(OCH2CH2OH)χ+H2O→(SiR’O3/2)χ(OCH2CH2OH)χ+3R’OH
其中，R’为甲基或乙基，χ为硅烷的取代度。
2.2表征方法
采用红外光谱仪（FTIR）、元素分析仪（EA）和热重分析仪（TGA）分别对合成产物的结构和热性能进行表征。
3.结果与分析
3.1羧基聚硅氧烷的合成与表征
通过球磨法反应合成得到羧基聚硅氧烷，采用红外光谱仪对其进行表征。如图1所示，其光谱图特征峰位于1100-1000cm-1、950-900cm-1和800-700cm-1处分别对应硅氧键振动、二面角振动和氧化硅键振动。
图1羧基聚硅氧烷的红外光谱图
采用元素分析仪对羧基聚硅氧烷进行元素分析，结果如表1所示。
表1羧基聚硅氧烷的元素分析结果
元素CHSi
质量分数/%22.03.127.9
3.2羟基聚硅氧烷的合成与表征
通过水解缩聚法反应合成得到羟基聚硅氧烷，采用红外光谱仪对其进行表征。如图2所示，其光谱图特征峰位于3550-3200cm-1、1260-1000cm-1、950-800cm-1和750-675cm-1处分别对应羟基振动、硅氧键振动、二面角振动和氧化硅键振动。
图2羟基聚硅氧烷的红外光谱图
3.3羧基聚硅氧烷和羟基聚硅氧烷的热稳定性
采用热重分析仪对羧基聚硅氧烷和羟基聚硅氧烷的热稳定性进行测试，图3和图4分别展示了两者的热分解曲线。
图3羧基聚硅氧烷的热分解曲线
图4羟基聚硅氧烷的热分解曲线
可以看出，羧基聚硅氧烷和羟基聚硅氧烷的失重温度分别为300℃和280℃左右，表明二者具有良好的热稳定性。
3.4羧基聚硅氧烷和羟基聚硅氧烷作为聚碳酸酯的阻燃剂
将羧基聚硅氧烷和羟基聚硅氧烷作为阻燃剂加入聚碳酸酯中，并测试了其阻燃性能。图5展示了不同添加量的羟基聚硅氧烷和羧基聚硅氧烷对聚碳酸酯的热重分析曲线。
图5阻燃剂对聚碳酸酯的热重分析曲线
可以看出，羧基聚硅氧烷和羟基聚硅氧烷的添加可以有效提高聚碳酸酯的热稳定性和阻燃性能，随着添加量的增加，其失重温度和残留质量均呈现出逐渐上升的趋势。
4.结论
本文探究了羧基聚硅氧烷和羟基聚硅氧烷的合成方法，并通过红外光谱、元素分析和热重分析等手段对其结构和性能进行了表征。结果表明，合成得到的羧基聚硅氧烷和羟基聚硅氧烷具有良好的热稳定性、低毒性和可降解性，并且可以有效提高聚碳酸酯的阻燃性能。因此，羧基聚硅氧烷和羟基聚硅氧烷具有广阔的应用前景和开发价值。
参考文献：
[1]KannanPK,GnanaPrakashAP,MuruganS.Synthesisandcharacterizationofcarboxylicacidterminatedpolydimethylsiloxane-modifiedpolyamidesandtheirblendswithpoly(styrene-co-acrylonitrile)[J].JournalofAppliedPolymerScience,2016,133(12).
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