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本文首先简述了环氧树脂体系阻燃剂的现状、存在的问题和发展趋势,探讨了磷系阻燃剂的重要性和阻燃作用机理,按照不同的分类方式对磷系阻燃剂作了简单介绍。由于添加型阻燃剂存在着阻燃剂和树脂体系的相容性差等问题,限制了它的应用,反应型阻燃剂就成为人们研究的热点之一,其中研究较多的DOPO(即9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物)型阻燃剂,由于成本较高,目前尚难以在工业上广泛应用。本工作旨在合成成本较低的反应型含磷环氧树脂固化剂,用来固化环氧树脂,从而制得阻燃性能和综合性能良好的含磷环氧树脂体系,主要内容包括:
1、采用苯甲醛、亚磷酸二乙酯和芳香族胺4,4-二氨基二苯基甲烷(DDM)、4,4-二氨基二苯基醚(PPO)合成了含磷固化剂DPM、DPO,采用红外光谱和核磁共振对固化剂的结构进行了表征。用其固化环氧DGEBA,分别采用差示扫描量热仪(DSC)、热重分析(TGA)、极限氧指数仪(LOI)对固化体系的玻璃化转变温度(Tg)、热稳定性和阻燃性能进行了表征,并与不含磷的体系进行了比较,结果表明:含磷体系的Tg比相应的不含磷体系的Tg要低;TGA分析表明,含磷体系在700℃时的成炭率比不含磷的体系要高得多,但初始分解温度降低;磷的引入使得体系的LOI值从24上升到34,高的成炭率和高LOI值表明体系的阻燃性能大幅度提高;对固化剂和环氧树脂的固化反应活化能也进行了初步的表征。
2、采用苯甲醛、亚磷酸二乙酯和脂肪族胺乙二胺(EDA)、三乙烯四胺(TTA)合成了含磷固化剂PEDA、PTTA,采用红外光谱对固化剂的结构进行了表征,用其固化环氧DGEBA,对含磷体系的玻璃化转变温度、在不同温度下的适用期、耐热性以及阻燃性能和分解活化能进行了表征,并与相应的不含磷的体系进行了对比,结果表明:含磷体系的适用期延长;玻璃化转变温度比相应的不含磷的体系要高,PEDA/DGEBA、PTTA/DGEBA体系在700℃时的成炭率分别为24.7%和22.4%,而EDA/DGEBA、TTA/DGEBA体系在700℃时分别为9.3%和7.5%,同时,磷的引入使得体系的LOI值从20上升到30,高成炭率和高LOI值表明体系的阻燃性能得到了提高;含磷体系在第一阶段的分解活化能比相应的不含磷体系要低,而第二阶段的分解活化能则比不含磷体系要高得多。
3、采用双酚A、甲醛和亚磷酸二乙酯合成了酚醛型的含磷固化剂,对合成的条件进行了优化;用三种磷含量不同的固化剂来固化环氧DGEBA,通过DSC、TGA和LOI对固化体系的玻璃化转变温度、热稳定性和阻燃性能进行了表征。结果表明:三种固化体系的Tg较低,700℃时的成炭率均超过了25%,LOI值都在27之上,说明体系已具备阻燃性能。