环氧树脂作为一种重要的热固性塑料,以其优异的性能,被广泛应用各个工业领域。但环氧树脂的极限氧指数(LOI)仅为19.8%,使其不能满足许多应用的要求,甚至带来潜在的危险。因此,提高环氧树脂的阻燃性能是亟待解决的问题。随着国民环保意识的增强,而且越来越多的关于禁用卤系阻燃剂的相关法律法规都先后颁布并实施,所以开发新型无卤阻燃剂就成为了新的研究热点,特别是磷系阻燃剂。磷系阻燃剂具有成炭率高、毒性低、生烟量少等优点。一般来说,需要向环氧树脂体系中至少添加1wt%的磷含量,才能使环氧树脂体系的阻燃性能达到比较满意的效果。与加入单一的阻燃元素相比,同时引入磷、氮元素的阻燃剂通常对改善聚合物材料的阻燃性具有协同作用。此外,苯环或者是杂环的掺入也是可以提高阻燃效率。本文从分子设计入手,合成了新型阻燃固化剂N,N’-双(3-三氮唑)苯基膦酰胺(PPDTA),优化合成方法,并将PPDTA和4,4’-二氨基二苯甲烷用于到环氧树脂固化,研究固化过程中的固化动力学,并对固化物的性能进行分析。主要研究内容包括以下方面:(1)采用3-氨基-1,2,4-三氮唑(TA)、苯基膦酰二氯(PPD)为原料,四氢呋喃为溶剂,合成了产物PPDTA,采用红外光谱分析、核磁共振分析、热失重分析对产物进行分析。通过3×3正交实验,得到了PPDTA的最优合成工艺,即反应温度为70℃,反应时间为10h,投料比为n(TA):n(PPD)=2.2:1,产率最高为86.4%。(2)采用非等温DSC研究了PPDTA/DDM-EP体系的固化动力学。在不同的升温速率下对试样进行扫描,得到不同的DSC曲线。计算得到PPDTA/DDM-EP体系的理论固化特征温度,初始固化温度T0为75.5℃、理论固化温度TP为121.5℃以及后固化温度Tf为141.5℃。(3)分析非等温DSC曲线,通过Kissinger法、Crane法以及Flynn-Wall-Ozawa法,推算出环氧树脂固化体系在固化过程中的表观活化能Ea,指前因子A以及反应级数n,并采用自催化模型以及n级动力学模型对环氧树脂体系进行分析、拟合。(4)将PPDTA用做环氧树脂阻燃固化剂,采用DDM作为共固化剂,得到无卤阻燃环氧树脂。并通过极限氧指数(LOI)、垂直燃烧测试(UL-94)测试固化体系的阻燃性能,采用热失重分析(TG)分析固化物的热分解过程,利用动态热力学分析(DMA)测试固化后体系的玻璃化转变温度(Tg),通过拉伸、弯曲和冲击测试表征固化物的力学性能。结果表明,与DDM-EP环氧树脂体系相比,PPDTA的加入能明显改善环氧树脂体系的阻燃性,当环氧树脂体系中的含磷量达到2%时,UL-94测试的V-0等级,LOI值为30.1%,800℃下的残炭率由14.76%提升到23.42%。