自协效环三磷腈阻燃剂的制备及在电子电路基材中的应用

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环氧树脂因其优异的耐热、绝缘、粘结、力学、电学等性能及易加工和成本较低等优点,广泛地应用于制备环氧玻纤布覆铜箔层压板。但普通环氧固化物易燃烧,大大限制了其在电子电器等对阻燃要求较高领域中的应用。磷腈阻燃剂因其优异的耐湿、抗氧化、易加工和相对较好的热稳定性能,被广泛用于环氧树脂阻燃改性。但环三磷腈本身的磷氮协同阻燃效应较低,阻燃效率较差,将磷杂菲与环三磷腈构筑在同一个分子中有望提高阻燃剂的效率、制备出高性能的环氧玻纤布覆铜箔层压板。  本报告合成了含磷杂菲环三磷腈(DH6)、硅烷改性磷杂菲环三磷腈和酰亚胺磷杂菲环三磷腈三种阻燃剂,并将其加入到环氧树脂固化体系中,以含磷均三嗪环阻燃剂和六苯氧基环三磷腈作为参比,探索了阻燃剂在玻璃纤维布环氧覆铜层压板中的应用,系统地研究了环三磷腈阻燃剂对覆铜层压板的阻燃、耐热、介电和粘接等性能的影响。  (1)合成的参比阻燃剂含磷军三嗪环Trif-DOPO能较好地引入到酚醛环氧树脂EPR627与二氨基二苯基亚砜(DDS)固化体系中用于制备阻燃玻璃纤维布覆铜层压板(CCLs)。Trif-DOPO能明显地改善CCLs的阻燃性能,当板材中含磷量达到2.0wt%时,板材的阻燃性能达到UL94Ⅴ-0级,但板材的介电常数由4.28上升至4.37,2%和5%失重降解温度分别降低了47.2和34.7℃,玻璃化转变温度降低了35.0℃,且板材的PCT吸水率由0.37%升高至0.80%。  (2)为了获得对板材综合性能影响较少的高性能阻燃剂,合成了磷杂菲环三磷腈阻燃剂DH6,该阻燃剂在双酚A环氧树脂EPR8093-双氰胺(DICY)(S1体系)和EPR627/DDS(S2体系)两种固化体系的应用结果表明阻燃剂DH6能显著地提高板材的阻燃性能,降低板材的可燃烧时间。当板材中的含磷量为2.5wt%时,EPR627/DDS体系达到UL94Ⅴ-0级,能有效地降低板材的热膨胀系数和介电损耗,分别降低了0.005(S1)和0.0011(S2);对玻璃化转变温度的影响较小,在S1体系Tg升高了2.5℃,在S2体系中,Tg仅降低7.8℃,对板材Tg的劣化影响远低于阻燃剂Trif-DOPO。与六苯氧基环三磷腈和六对醛基苯氧基环三磷腈对比研究发现阻燃剂DH6能较好地提高板材的阻燃性能和DMA模量,降低介电常数和热膨胀系数,当板材中磷含量为2.0wt%时,板材的膨胀系数分别降低了1.8%和2.8%,模量分别提高了3611MPa和142MPa。  (3)对阻燃剂DH6进行表面硅烷化改性得到硅烷化磷腈阻燃剂,能明显地改善环三磷腈阻燃剂在EP627/DDS固化体系析出的现象,提高了CCLs的阻燃性能,当含磷量为2.0wt%时,板材已经接近了UL94Ⅴ-0级;三种硅氧烷改性阻燃剂均能较明显地提高树脂的燃烧成炭性能和耐热性能,与阻燃剂DH6相比,由SM1、SM2和SM3制备的板材5%失重温度分别提高了41、8.3和14.2℃且板材的层间结合力有了明显地提高,硅氧烷含量的增加,板材的热稳定性能提高明显。  (4)合成了酰亚胺/磷杂菲环三磷腈阻燃剂DHHP,该阻燃剂加入到玻璃纤维环氧覆铜板中能改善板材的阻燃性能,对板材的残炭率、玻璃化转变温度和介电性能影响较小。但阻燃剂DHHP明显地提高了板材的吸水率,当板材中磷含量由0提高到2.0wt%时,板材的吸水率提高了3.29倍。  (5)研究了DOPO与环三磷腈比例对固化物性能的影响,结果表明磷杂菲含量的增加有助于阻燃效能的提高,与简单的加入磷杂菲化合物相比,在环三磷腈阻燃剂引入较多的磷杂菲有助于降低阻燃剂对环氧固化物的热降解温度、玻璃化转变温度和介电常数等性能的劣化影响。
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