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环氧树脂具有优良的热稳定性、电绝缘性能、黏接性能以及机械性能,目前已广泛用于涂料、胶黏剂、电子材料以及复合材料等领域。然而,它易燃的特性极大地限制了其在对阻燃性能有特殊要求领域中的应用。因此,对环氧树脂进行阻燃研究显得尤为重要。近年来,以9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)与亚胺化合物通过加成反应合成的DOPO含氮化合物(DPI),可作为共固化剂引至环氧体系,而成为阻燃环氧树脂的研究热点。然而,当前以DPI阻燃环氧树脂的研究尚存在以下不足:1)DPI的阻燃机理尚未阐明;2)DPI的阻燃效率偏低;3)以DPI和纳米阻燃剂协同阻燃环氧树脂的研究尚未开展。本论文设计合成了三种类型的DPI,分别是DOPO基酚胺化合物(DAP)、DOPO基含氮低聚物(PDAP)以及DOPO基三唑化合物(DTA)。将它们分别作为4,4’-二氨基二苯甲烷(DDM)的共固化剂,引入到双酚A型环氧树脂中,以提升环氧树脂的阻燃性能。研究了阻燃环氧固化物的热稳定性、机械性能和阻燃性能,并详细研究了其阻燃机理。此外,将纳米有机蒙脱土(MT)与PDAP协同用于阻燃环氧树脂,并探讨了其协同阻燃机理。本论文的主要研究工作如下:(1)以对苯二胺和水杨醛的缩合反应制备了亚胺化合物SB,将其与DOPO通过加成反应合成了DAP。此外,通过亚磷酸二乙酯与SB的加成反应合成了其结构类似物(AP)。采用FTIR、1H-NMR、13C-NMR和31P-NMR对它们的结构进行了表征。将它们分别作为共固化剂引至环氧体系,制备了阻燃环氧固化物。采用TGA、DMA、LOI和UL-94测试对阻燃环氧固化物的热稳定性、机械性能和阻燃性能进行了研究,并通过FTIR、Py-GC/MS、Raman、SEM以及元素分析对其阻燃机理进行了研究。结果表明,DAP和AP的引入均使得固化物的玻璃化转变温度(Tg)和失重5%的温度(T5%)降低,但在高温下的残炭率增加。10 wt%的DAP可使得固化物的LOI值达到36.1%,并通过UL-94的V-0级测试。在凝聚相,DAP组分降解生成的含磷酸源可与降解的基体发生酯化和脱水反应,促进体系成炭。在气相,改性固化物裂解产生的含磷自由基和难燃气体,可分别发挥猝灭自由基和稀释可燃气体的作用。DAP改性固化物在燃烧时,可在基材表面快速形成内部为蜂窝状空腔结构的致密炭层。此炭层可聚集包含有难燃气体和含磷自由基的裂解气体。当气体的量超过炭层的容纳量时,气体便被集中释放,从而出现吹熄效应。然而,10 wt%AP改性固化物的LOI值仅为25.7%,且UL-94测试没有等级,主要是体系的成炭过程与裂解气体的释放过程不匹配。(2)以对苯二甲醛与对苯二胺的缩合反应制备了亚胺化合物PSB,将其与DOPO通过加成反应合成了PDAP,并通过FTIR、1H-NMR、31P-NMR和元素分析对其结构进行了表征。将PDAP与DDM共同用于固化环氧树脂,制备了阻燃环氧固化物。运用TGA、LOI测试、UL-94测试、DMA和拉伸测试研究了阻燃环氧固化物的热稳定性、阻燃性能和机械性能,并借助FTIR、Py-GC/MS、Raman以及SEM研究了其阻燃机理。结果表明,PDAP的引入会降低固化物的T5%和Tg,但会提高其在高温下的残炭率。PDAP改性固化物具有较好的阻燃性能,7wt%的PDAP可使得固化物的LOI值达到35.3%,且UL-94测试等级达到V-0级。此外,PDAP改性固化物在燃烧时出现吹熄效应,主要是包含有难燃气体和含磷自由基的裂解气体从炭层内部集中向外释放。改性固化物的阻燃机理主要是凝聚相具有稠环芳烃结构的富磷炭层的阻隔作用,以及气相含磷自由基的猝灭作用和难燃气体的稀释作用。此外,PDAP的引入导致固化物的断裂伸长率降低,但使得固化物的拉伸强度增大。(3)将MT作为协效剂,与PDAP共同用于阻燃环氧树脂。采用TGA、LOI测试、UL-94测试、DMA和拉伸测试对阻燃环氧固化物的热稳定性、阻燃性能和机械性能进行了研究,并结合FTIR、Py-GC/MS、Raman、SEM以及元素分析对PDAP与MT的协同阻燃机理进行了研究。结果表明,MT的引入使得EP/PDAP4(4 wt%PDAP改性的固化物)的T5%降低,但在高温下的残炭率增加。随着MT在EP/PDAP4中添加量的增加,固化物的Tg呈现先下降后上升的趋势。0.5 wt%的MT与4 wt%的PDAP具有显著的协同阻燃作用,对应固化物的LOI值和UL-94等级分别达到35.5%和V-0级,且在燃烧过程中出现剧烈的吹熄效应。MT与PDAP的协同阻燃机理主要是两者在热降解过程中反应生成了强固体酸催化剂—磷硅铝酸盐,它能在凝聚相促进体系的氧化脱氢交联成炭过程。MT层间的有机改性剂通过热分解形成的酸性位点,也可促进体系的交联成炭过程。然而,过多的引入MT则会削弱固化物在燃烧过程中的吹熄效应,不利于阻燃性能的进一步提升。此外,MT的引入也会降低固化物的断裂伸长率和拉伸强度。(4)采用对苯二甲醛与3-氨基-1,2,4-三唑进行缩合反应制备了亚胺化合物TSB,将其与DOPO通过加成反应合成了DTA。通过FTIR、1H-NMR、13C-NMR、31P-NMR和元素分析对其结构进行了表征。将DTA和DDM共同用于固化环氧树脂,制备了阻燃环氧固化物。采用TGA、LOI测试、UL-94测试和拉伸测试研究了阻燃环氧固化物的热稳定性、阻燃性能和机械性能,并运用FTIR、Py-GC/MS、Raman、SEM以及元素分析研究了其阻燃机理。结果表明,DTA的引入会降低固化物的T5%,但会提升其在高温下的残炭率。DTA具有极高的阻燃效率,4 wt%的添加量使得固化物的LOI值达到34.8%,UL-94等级达到V-0级。改性固化物在燃烧时,基于含磷自由基的猝灭作用和难燃气体的稀释作用吹熄火焰。改性固化物的热裂解可释放含磷自由基和难燃气体,在气相分别通过猝灭自由基和稀释可燃气体而发挥阻燃作用。DTA组分降解生成的磷酸(或膦酸)类化合物,经后续降解可形成聚磷酸类化合物,它们可促进体系形成富磷炭层,在凝聚相发挥阻燃作用。此外,DTA的引入也会导致固化物的拉伸强度和断裂伸长率降低。