基于双酚酸的多官能度阻燃环氧树脂的制备及性能研究

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环氧树脂具备其它热固性塑料所不具备的一系列优点,比如物理机械和电绝缘性能、与不同种材料的相互粘接性能、以及其应用灵活性,因此它能制成在各个领域都适用的复合材料。但是目前应用最为广泛的是商用双酚A环氧树脂的极限氧指数(LOI)只有19.8wt%,属于易燃材料,这也大大限制了在某些特殊、高端领域的应用。DOPO属于磷系阻燃结构,但因其燃烧不产生有害气体、反应活性高、阻燃效果突出等优点成为国内外研究的热门。目前DOPO添加型环氧树脂的问题是阻燃剂与树脂基体分散性差,相容性差等;DOPO型环氧树脂固化剂的问题则是存在反应活性位点少,固化反应不彻底等。扩链剂可以增加分子量、熔体粘度和分子链通过两个或更多聚合物的耦合链缠绕,并改善机械性能。TGIC是异氰尿酸三缩水甘油酯。引入TGIC可以避免上述两种形式产生的问题,但是需要克服分子结构设计和环氧树脂的合成过程两种困难。此外,商用双酚A环氧树脂是以一种人体生殖毒素和内分泌系统的干扰物(双酚A)为主要原料,潜在的对人体造成危害。并且,双酚A依赖于化石资源的产出,随着世界化石能源日益严重的开采和枯竭问题,人们对资源的保护越来越重视。环氧树脂行业迫切的需要一种来自于资源丰富、可在生、生物性高的原材料来合成环氧树脂。通过分子设计的角度为基点,利用生物基平台化合物—双酚酸和DOPO以及TGIC为主要原料,三步法合成基于双酚酸的多官能度阻燃环氧树脂TDBE。然后,对中间产物和TDBE进行结构表征,测出TDBE的分子量、环氧当量;以及确定了TDBE/DDM体系的最佳固化条件。将新型TDBE/DDM与商用环氧树脂DGEBA/DDM对比,并且将TDBE和DGEBA按相同递增比例共混制备树脂固化物。研究TDBE/DDM的热机械及热稳定性、阻燃性能、阻燃机理。研究TDBE共混聚合物的热稳定性、阻燃性能和力学性能,探讨TDBE代替或部分代替DGEBA的可行性。结果表明:TDBE/DDM具有粘接性能和优良的防火性能。LOI值从24.5%上升到42.0%,UL-94测试水平通过V-0水平。TDBE/DDM促进了燃烧过程中更致密、更充分的焦炭层的形成,进一步抑制了可燃气体的挥发,延长了复合材料的点火时间,减少了热释放。在锥形量热计测试中,峰值热释放率(p HRR)降低了69.3%。总热释放率(THR)和总排烟率(TSP)分别下降了51.4%和17%。此外,搭接剪切TDBE粘接强度为42.9 MPa,提高了62.5%。这种新型多功能生物基阻燃环氧树脂为高性能材料提供了更广阔的应用前景。
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