含DOPO基阻燃环氧树脂的制备及性能研究

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环氧树脂耐腐蚀、耐酸碱、防水和绝缘,广泛应用于航天、电子器件封装和建筑等。但是环氧树脂的极限氧指数为21.0%,在空气中能持续燃烧,存在火灾隐患,限制了环氧树脂的应用,同时威胁着国民的生命财产安全。使用含卤阻燃剂可解决环氧树脂的可燃问题,但从安全、环保和阻燃性能方面考虑,还需要开发环保、安全的阻燃剂来提高环氧树脂的阻燃性能。本文以对氨基苯甲酸、对羟基苯甲醛和9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)为反应原料,通过三步反应合成了一种新型长链磷氮阻燃剂(PhN-DOPO)。第一步,对氨基苯甲酸和对羟基苯甲醛在一定条件下通过脱水缩合形成中间体;第二步,中间体在酸性环境下,加热发生酯化反应生成长链基体;第三步,长链基体和DOPO在适宜的条件下通过加成反应生成阻燃剂(PhN-DOPO)。本文通过傅里叶红外光谱(FTIR)、核磁测试、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析表征了中间体、长链基体和阻燃剂(PhN-DOPO)的分子结构、形貌和物相。探究了反应时间对阻燃剂产率的影响,得到了最佳反应时间,最佳合成工艺为:对氨基苯甲酸和对羟基苯甲醛60℃反应3h生成中间体,然后中间体在酸性条件下120℃反应1.5h生成长链基体,然后长链基体和DOPO在60℃下反应4h生成阻燃剂(PhN-DOPO)。将阻燃剂(PhN-DOPO)按环氧树脂质量的0%、5%、10%、15%和环氧基当量比为1:1的固化剂(间苯二胺MPD)添加到EP中,制备得到阻燃环氧树脂。通过极限氧指数测定、残碳的扫描电镜图、热失重和差示扫描量热仪分析,探究阻燃环氧树脂的阻燃性和热稳定性,结果表明:EP(10g)样品的阻燃性能从21.0%提高到了32.4%,但是材料的断裂强度从55.13MPa下降到了34.22MPa,断裂伸长率从2.58%降低到了1.34%,阻燃剂的加入导致环氧树脂变脆、延展性降低和断裂强度减小。本文为提高阻燃环氧树脂的力学性能,将阻燃剂(PhN-DOPO)和增塑剂复合使用,分别将占EP样品质量10%、20%、30%和40%的增塑剂添加到该体系中,制备得到复合阻燃环氧树脂,通过极限氧指数LOI测定、残碳的扫描电镜图、热失重和差示扫描量热仪分析,探究阻燃环氧树脂的阻燃性和热稳定,结果表明,EP(10g+20%)的极限氧指数从32.4%提高到了36.0%,为难燃材料的标准,材料的断裂强度从34.22MPa提高到了68.73MPa,断裂伸长率从1.34%提高到了2.44%,此时复合阻燃环氧树脂的阻燃性能(LOI)和力学性能都有较大的提升,这说明增塑剂TPP有效提高了EP的阻燃性能(LOI)和力学性能。
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