[发明专利]一种生物基磷杂菲固化剂阻燃环氧树脂材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种生物基磷杂菲固化剂阻燃环氧树脂材料及其制备方法，该材料是通过将生物基磷杂菲固化剂添加到环氧树脂中，搅拌至完全反应后，在鼓风烘箱中固化成型，得到无卤阻燃环氧树脂材料。本方法使用的生物基磷杂菲固化剂，不仅原料来自生物质材料而且同时具备阻燃和固化的功效。在较少的添加量下，明显地提高了环氧树脂的极限氧指数(可达35.7％)，垂直燃烧(UL94)级别可达V‑0级，显著提高了环氧树脂的冲击强度，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种由生物基磷杂菲固化剂阻燃环氧树脂材料，属于在普通环氧树脂中添加特定助剂成分获得阻燃环氧树脂材料的技术领域。

背景技术

近年来，环氧树脂作为电子电器行业领域重要的基础材料获得了显著的发展。然而环氧树脂的阻燃性较差，易于自燃，难以自熄，且大多数应用在环氧树脂中的阻燃剂在燃烧过程中都会释放有毒物质，不仅污染环境，而且会影响树脂的物理机械性能。因此，研发一种能够高效阻燃环氧树脂的阻燃剂并不影响其力学性能是十分必要的。

中国发明专利CN101376665公开了一种含均三嗪结构氧杂膦菲阻燃性化合物，该化合物含磷、氮阻燃元素，理论磷含量为8.53wt.％，可作为阻燃剂用于环氧树脂中，添加量为15wt.％可使环氧固化物通过UL94V-0阻燃等级，LOI为34.2％。但该化合物结构上的羟基位阻大，反应活性低，无固化作用，不能用于制备本征阻燃环氧固化物，仅作为添加型阻燃剂使用。

中国发明专利CN108192078A发明公开了一种全生物基阻燃环氧树脂，它是利用没食子酸上的活性基团，引入9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)和环氧基团，得到生物基环氧单体，替代一般工业上使用的双酚A环氧树脂DGEBA，并且合成了一种活性较高的生物基固化剂——二糠胺，与制得的环氧单体在一定条件下混合固化，制得带有阻燃性能的全生物基环氧树脂制品。该全生物基环氧树脂制品的极限氧指数最高可达到34％，垂直燃烧等级最高可达到V-0级，然而该生物基固化剂没有改善环氧树脂的力学性能。

相比于上述阻燃固化剂，本方法使用的生物基磷杂菲固化剂，不仅原料来自生物质材料，而且同时具备阻燃和固化的功效，在较少的添加量下，明显地提高了环氧树脂的极限氧指数(可高达35.7％)，垂直燃烧(UL94)级别可达V-0级，且显著提高了环氧树脂的冲击强度。

目前，生物基磷杂菲固化剂用于阻燃环氧树脂的研究还尚未报道，在国内外尚属首次提出，为发展环境友好的具有优异综合性能的生物基磷杂菲固化剂阻燃环氧树脂材料提供了新的思路。

发明内容

生物基磷杂菲固化剂(简称FPD)作为环氧树脂材料的反应型改性添加剂，是一种新型的来自于生物基材料的阻燃固化剂，生物基磷杂菲固化剂FPD的化学结构式如下：

其制备方法包括如下步骤：

(1)通过生物基原料糠醛和对苯二胺之间的溶液体系进行缩合反应，制得席夫碱中间体F-Schiff base；

(2)通过席夫碱中间体F-Schiff base和9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)之间的溶液体系加成反应，制得生物基磷杂菲阻燃固化剂FPD。

本发明是通过将生物基磷杂菲固化剂添加到环氧树脂中，搅拌至完全反应后，在真空条件下脱除混合体系中的空气，再加热固化，得到生物基无卤阻燃环氧树脂材料。

本发明涉及的生物基磷杂菲固化剂阻燃环氧树脂材料制备方法如下：

(1)将生物基磷杂菲固化剂FPD加入到环氧树脂中，搅拌升温至FPD完全溶解后，FPD上的氨基与环氧树脂中的环氧基之间发生开环加成反应，获得FPD与环氧树脂的预固化产物；