环氧树脂用途广泛,在许多特定场合,环氧树脂材料均被要求拥有一定的阻燃能力。世界范围内普通类型环氧树脂市场逐渐趋于饱和,发达国家已将研究重点转向开发附加值更高的产品。因此,开发简单易得、阻燃能力更高、综合性能更好的环氧树脂意义重大。本文以绿色、廉价的四羟甲基硫酸膦(THPS)为原料,利用其反应活性高,易与胺类发生曼尼希反应的特点,设计合成了磷氮协同的反应型阻燃剂ADDPP-OH和有机无机杂化的多元素协同阻燃剂Si02@TAMPS,并运用多种测试方法对其结构进行表征。将两种阻燃剂引入环氧树脂预聚体制备了改性环氧树脂,通过形貌分析、热分析、阻燃测试、炭层形貌表征和力学测试等表征手段研究了改性环氧树脂的综合性能,同时,对阻燃剂阻燃机理做了初步探讨。现将全文内容总结如下:1、通过曼尼希反应,以THPS、对氨基酚和三乙胺为反应物,设计合成了磷氮协同反应型阻燃剂ADDPP-OH,产率为73.5%。该分子含有酚羟基和磷氮杂环结构,具有较高的反应活性和较好的耐水解性。以THPS、对苯二胺和SiO2为反应物,设计合成了有机/无机杂化磷氮硅协同阻燃剂SiO2@TAMPS,产率为70%。Si02@TAMPS含有氮、磷、硅、硫四种元素,且有效改善了Si02与基体的相容性,可以同时实现纳米尺度的协同阻燃。ADDPP-OH和Si02@TAMPS的合成过程简洁,反应条件温和,产率较高。采用FT-TR、NMR、SEM、TEM、DLS、XRD和TGA等对产物结构进行了表征。结果表明目标产物合成成功。2、以ADDPP-OH为环氧树脂的阻燃剂和共固化剂,制备了不同阻燃剂含量的ADDPP-OH/EP固化物。热性能数据表明,固化物具有更好的热稳定性,更低的最大热分解速率,残炭率也提高。同时,其拥有较高的LOI值(>32%),当添加量为10%时,垂直燃烧等级为V-0级。SEM结果表明,其炭层外部连续、致密,内部为膨胀、多孔结构,这种多层次的炭层可有效阻碍热量和可燃物在基体和气相之间的传递。此外,FT-IR表明,炭层化学结构包括芳香结构、P-O-Ph和P-O-C等。机械性能测试表明,ADDPP-OH/EP的储能模量先升高后降低,计算得到的交联密度也有相似规律。我们认为,在较低含量时ADDPP-OH参与环氧树脂固化,从而提高其交联密度;含量较高时(如10%),可能因为ADDPP-OH在环氧树脂中发生团聚,致使其交联密度降低。3、制备了不同阻燃剂含量的Si02@TAMPS/EP固化物。热性能数据表明,固化物的Tg、Tmax和残炭量等均较EP-Si02高,且随着添加量的增加而增加。这表明,Si02@TAMPS可以提高环氧树脂的热稳定性。Si02@TAMPS/EP的LOI值可达30.3%,垂直燃烧等级为V-0级。且其炭层呈现出膨胀型囊泡结构,FT-IR表明其中含有Si-O-Si结构。拉曼光谱进一步表明,Si02@TAMPS增加了环氧树脂残炭的石墨化程度,即炭层在高温下具有更高的稳定性。机械性能数据表明,单纯引入Si02对环氧树脂强度和韧性均有损害,而Si02@TAMPS/EP的强度和韧性则逐步提高。这表明SiO2@TAMPS改善了 Si02与环氧树脂的界面作用,起到了物理交联点的作用,进而提高了环氧树脂的机械性能。