[发明专利]一种磷氮协效高阻燃聚酯固化剂及其合成方法

说明书

技术领域

本发明属于电子封装材料领域，尤其是一种磷氮协效高阻燃聚酯固化剂及其合成方法。

背景技术

环氧树脂是聚合物基复合材料中应用最广泛的基体树脂之一，由具有环氧基的化合物与多元羟基或多元醇化合物进行缩聚反应而制得的产品，具有优异的粘结性、耐化学腐蚀性、电气绝缘性能、力学性能，以及易于加工、收缩率低、线胀系数小和成本低廉等优点，广泛应用在压敏电阻、陶瓷电容器、二极管、三极管等电子元器件的封装。

但由于环氧树脂的极限氧指数（LOI）较低，只有19.5，属于易燃物质，因此需要对其进行阻燃处理。通常，改善环氧树脂阻燃性的方法是在环氧树脂中引入含卤素的阻燃剂，并配合如三氧化二锑类的阻燃助剂，从而赋予环氧树脂优异的难燃性能。但含氯阻燃剂和三氧化二锑类的阻燃助剂在燃烧时又会产生二噁英（Dioxin）等毒烟和腐蚀性气体（如溴化氢），严重影响了人类的健康和人类赖以生存的环境。鉴于卤素阻燃剂的严重弊端，开发对人体无害、环保、抑烟效果好且阻燃效率高的无卤阻燃剂已成为阻燃剂领域的前沿性课题。目前，国内外在此领域均以开展了大量的研究工作。因此，可以断定，21世纪的新型阻燃剂必将会是高效、低烟、低毒、多功能的复合型无卤阻燃剂。

在无卤阻燃剂中，磷系化合物作为新一代具有环保概念的阻燃剂，已被广泛的研究和应用。而在磷系阻燃剂中具有阻燃效率高的阻燃剂主要是有机磷系阻燃剂，且具有增塑功效。其阻燃机理是：一、凝聚相阻燃，阻燃剂受热分解产生磷酸，然后脱水生成偏磷酸进而聚合成聚偏磷酸，聚偏磷酸是强酸和强脱水剂，使环氧树脂脱水炭化，而单质碳不能发生产生火焰的蒸发燃烧和分解燃烧，所以具有阻燃作用；二、自由基阻燃，阻燃剂受热产生PO·自由基，可大量吸收H·、HO·自由基，从而阻燃燃烧继续进行；三、覆盖效应，阻燃剂受热生成的非燃性液态膜以及炭化层覆盖于环氧树脂复合材料表面，起到隔热、隔氧、阻止可燃气体外逸的作用。有机磷系阻燃剂通常分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂。添加型阻燃剂与聚合物及聚合物中的其他组分不发生化学反应，以物理混合的方式分散于聚合物中，从而赋予基材阻燃性，但阻燃效率低、添加量大，且存在分散性、相容性等问题，从而限制了添加型阻燃剂的使用；反应型方法是实现环氧树脂阻燃的最好途径,这样不仅可以提高环氧树脂体系中的磷含量,而且由于其具有非逃逸性和耐热性等特点，不会对环氧树脂固化物的物理性能产生较大的负面影响。有机磷系阻燃剂主要有磷酸酯、膦酸酯、及氧化膦以及杂环类。其中，磷酸酯和膦酸酯易挥发、耐热性和水解稳定性差；相比之下，氧化磷则是一种稳定性极高的有机磷化合物，杂环类由于其特殊的环状结构，赋予了其优异的耐热性、耐酸碱性、耐水解性及低吸水性，因此，这两类有机磷化合物已经成为研究热点，受到广泛关注。因此，本发明的亮点之一是：将具有氧化磷和杂环结构的有机磷化合物同时引入大分子固化剂中，从而大大提高了阻燃性能。

在无卤阻燃剂中，另一有代表性的阻燃剂是氮系阻燃剂，有机氮系阻燃剂具有挥发性极小、无毒、与聚合物相容性好、分解温度高，适合加工等优点，成为很受欢迎的一类阻燃剂。其阻燃机理为：一、稀释效应，受热放出CO₂、NH₃、N₂气体和H₂O，降低了空气中氧和环氧树脂体系受热分解时产生的可燃气体浓度；(2)吸热效应，生成的不然性气体，带走了一部分热量，降低了聚合物表面的温度；(3)自由基阻燃，生成的N₂，能捕获自由基，抑制高聚物的连锁反应，从而阻止燃烧。但其阻燃性不是太好，多与其他阻燃剂复配使用，例如磷氮具有协调效应，这是由于氮系阻燃剂的加入可以促进磷系的炭化，有增效作用。因此，本发明的亮点之二是：将氮系阻燃剂与磷系阻燃剂进行协效阻燃，从而进一步提高阻燃性能。

基于以上电子封装材料的特点及现有技术，本发明以赋予环氧树脂极高的阻燃性为出发点，将反应型的氧化磷和杂环结构的有机磷化合物与反应型含氮化合物通过合成反应，有机结合成一大分子固化剂——一种磷氮协效高阻燃聚酯固化剂，从而最大程度的提高阻燃性，这也是本发明的亮点之三。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种磷氮协效高阻燃固化剂及其合成方法，所合成的固化剂工艺简单，生产稳定、树脂色泽较浅、阻燃效率极高。

本发明实现目的的技术方案如下：

一种磷氮协效高阻燃聚酯固化剂的合成方法，步骤如下：

⑴在容器中加入多元醇，升温至100-130℃，搅拌熔化；