新型含磷阻燃固化劑的制備及其阻燃環(huán)氧樹脂的研究.pdf

1、環(huán)氧樹脂材料具有優(yōu)異的機械性能和耐酸堿腐蝕等化學穩(wěn)定性能，因而被大量應用于涂料、鑄造、粘合劑、復合材料、半導體密封材料、電器設備的絕緣材料等領域。但由于環(huán)氧樹脂固化物的易燃性使其應用受到了限制。傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂的阻燃方法是使用含鹵阻燃劑進行阻燃，雖然含鹵阻燃劑在環(huán)氧樹脂阻燃上發(fā)揮了極好的阻燃作用，但存在燃燒時釋放有毒和腐蝕性氣體等問題。含磷阻燃劑具有環(huán)境友好和高效等特點被認為是可代替含鹵阻燃劑的重要化合物。近年來，含磷阻燃劑的研究已經(jīng)成為阻

2、燃研究領域的熱點課題。
　　本文以二苯基氧磷為原料，設計合成了三種新型含磷阻燃固化劑:二苯基-(2，5-二羥基-苯基)-氧化磷(DPDHPPO)，二苯基-(1，2-二羧基-乙基)-氧化磷(DPDCEPO)和二苯基-（2，3-二羧基-丙基）-氧化磷(DPDCPPO)。采用傅里葉變換紅外光譜(FTIR)和1H、13C、31p核磁共振波譜(NMR)對三種阻燃固化劑的化學結構進行了表征和分析。研究了反應物配比、反應溫度、反應時間、溶劑用量

3、和溶劑種類對產品產率的影響，并優(yōu)化了反應條件。采用熱失重分析(TGA)研究了三種阻燃固化劑的熱降解行為，結果表明三種阻燃固化劑具有較低的熱穩(wěn)定性和成炭性能。
　　分別將DPDHPPO、DPDCEPO和DPDCPPO用作部分固化劑制備阻燃環(huán)氧樹脂材料，并對其采用垂直燃燒(vertical burning test，UL-94)、極限氧指數(shù)(limiting oxygenindex，LOI)、錐形量熱儀(cone calorimete

4、r test，CONE)、熱重分析(thermogravimetricanalysis，TGA)、掃描電子顯微鏡(Scanning electron microscopy，SEM)、X-射線電子能譜分析(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)和熱重-紅外聯(lián)機分析儀(TGA-FTIR)進行測試和分析。 LOI和UL-94測試結果表明，EP/60 wt％ PDA/40 wt％ DPDHPPO、EP/80

5、wt％ PA/20 wt％ DPDCEPO和EP/80 wt％ PA/20 wt％ DPDCPPO體系的LOI值可分別達到31.9、33.2和33.2％，并能通過UL-94Ⅴ-0級。CONE測試結果表明，EP/60 wt％PDA/40 Wt％ DPDHPPO、EP/80 wt％ PA/20 wt％ DPDCEPO和EP/80 wt％ PA/20 wt％DPDCPPO體系的熱釋放速率(PHRR)和熱釋放總量(THR)等主要參數(shù)與未阻燃環(huán)氧

6、樹脂材料相比都有明顯的降低，而殘?zhí)苛坑行》鹊奶岣?。通過氮氣和空氣氣氛下的熱重分析結果表明，EP/60 wt％ PDA/40 wt％ DPDHPPO、EP/80 wt％ PA/20 wt％ DPDCEPO和EP/80 wt％ PA/20 wt％ DPDCPPO體系的初始降解溫度與未阻燃環(huán)氧樹脂材料相比有所降低，但殘?zhí)苛坑兴?。SEM結果表明，阻燃固化劑的加入使環(huán)氧樹脂材料成炭能力提高并形成起到保護作用的炭層。XPS結果表明，阻燃固化劑

7、在降解過程中生成的磷酸類物質促進了環(huán)氧樹脂材料成炭。TGA-FTIR結果表明，環(huán)氧樹脂材料在降解過程中有含磷化合物揮發(fā)到氣相中。力學性能測試表明，EP/60 wt％ PDA/40 wt％ DPDHPPO、EP/80 wt％ PA/20 Wt％ DPDCEPO和EP/80 wt％ PA/20 wt％ DPDCPPO體系與未阻燃環(huán)氧樹脂材料相比較，其彎曲強度、拉伸強度和沖擊強度都呈現(xiàn)下降的趨勢。EP/60 wt％PDA/40 wt％ DPD

8、HPPO、EP/80 wt％ PA/20 wt％ DPDCEPO和EP/80 wt％ PA/20 wt％DPDCPPO體系耐水性測試結果表明，隨著阻燃固化劑含量的增加，環(huán)氧樹脂的吸水率逐漸降低，水處理對材料的阻燃性能、燃燒行為、熱穩(wěn)定性能和力學性能的影響較小。
　　木質素是一種良好的成炭劑，且其分子結構中含有酚羥基，醇羥基等活性基團，利用這一特點，使用木質素替代不同配方中的鄰苯二甲酸酐制備出一系列的環(huán)氧樹脂固化物。采用垂直燃燒、極

9、限氧指數(shù)、錐形量熱儀、熱重分析、掃描電子顯微鏡和熱重-紅外聯(lián)機分析儀(TGA-FTIR)對其進行測試和分析。LOI和UL-94測試表明，木質素的加入能夠提高材料的LOI值和阻燃級別。CONE測試結果表明，EP/65 wt％ PA/20 wt％DPDCEPO/15 wt％ Lignin體系的PHRR和THR等主要參數(shù)與EP/80 wt％ PA/20 wt％DPDCEPO體系相比有所降低，殘?zhí)苛坑兴岣?。氮氣和空氣下熱重分析測試結果表明，木