[发明专利]一种氮杂环芳香胺-金属离子络合物阻燃剂及其在制备阻燃环氧树脂中的应用

说明书

本发明公开了一种氮杂环芳香胺‑金属离子络合物阻燃剂及其在制备阻燃环氧树脂中的应用，其中氮杂环芳香胺‑金属离子络合物阻燃剂的化学结构为R‑M，R为如下结构中的任一种：M为如下结构中的任一种：Ag⁺、Zn²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Ba²⁺、Cd²⁺、Fe²⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Ti⁴⁺、Zr⁴⁺。本发明氮杂环芳香胺‑金属离子络合物阻燃剂的化学结构中不含磷原子，避免了绝大部分含磷化合物提前降解造成环氧树脂热稳定性下降的问题，同时具有含氮芳杂环结构和金属元素，能够发挥促进成炭的作用，对环氧树脂具有阻燃效率高、不劣化其他性能等优点。

技术领域

本发明属于阻燃聚合物材料技术领域，具体涉及一种氮杂环芳香胺-金属离子络合物阻燃剂及其在制备阻燃环氧树脂中的应用。

背景技术

环氧树脂作为一种典型的热固性聚合物，具有优异的粘接性、力学性能、电绝缘性和化学稳定性，以及收缩率低、易于加工成型、成本低廉等优点，因此在集成电路、交通运输、航空航天等高新技术领域方面得到了广泛的应用。然而，环氧树脂材料的分子结构中含有大量的碳、氢、氧等元素，其本质易燃，且燃烧时释放出大量的热量以及毒性烟气，严重限制了其应用领域。因此，环氧树脂材料必须进行阻燃改性。目前针对环氧树脂材料应用广泛的阻燃剂主要有卤系阻燃剂。然而，卤系阻燃剂在燃烧过程中产生腐蚀性、毒性大的卤化氢气体，因此，无卤阻燃环氧树脂技术成为近年来该领域研究的热点之一。

磷系阻燃剂作为一种高效、低烟、低毒的阻燃剂，受到了广泛的关注。CN110776720A公开了一种中温快速固化阻燃环氧树脂及其制备方法，采用三聚氰胺氰尿酸盐和聚磷酸铵，或者三聚氰胺氰尿酸盐和聚磷酸铵再和三聚磷酸铝、磷酸三甲苯酯、亚磷酸三苯酯、甲基膦酸二甲酯、二乙基次膦酸铝等进行复配作为阻燃剂，存在添加量大的缺点，且添加量高导致阻燃环氧树脂材料的热稳定性和力学性能下降等问题。CN110760163A公开了一种无卤阻燃环氧树脂组合物及其应用，采用含有二苯基氧化膦结构的化合物作为主阻燃剂，聚苯基膦酸二苯砜酯、六苯氧基环三磷腈、9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)衍生物等作为协效阻燃剂，阻燃剂的添加量在10份以上，才能达到UL-94V-0等级。此外，绝大部分磷系阻燃剂会发生提前热降解，造成阻燃环氧树脂的热稳定性下降的问题。因此，开发无卤环保、阻燃效率高、添加量低、热稳定性和力学性能良好的新型阻燃环氧树脂材料，已成为阻燃聚合物技术领域的迫切需求。

发明内容

本发明旨在提供一种氮杂环芳香胺-金属离子络合物阻燃剂及其在制备阻燃环氧树脂中的应用。本发明氮杂环芳香胺-金属离子络合物阻燃剂的化学结构中不含磷原子，避免了绝大部分含磷化合物提前降解造成环氧树脂热稳定性下降的问题，同时具有含氮芳杂环结构和金属元素，能够发挥促进成炭的作用，对环氧树脂具有阻燃效率高、不劣化其他性能等优点。

本发明氮杂环芳香胺-金属离子络合物阻燃剂，其化学结构为R-M，其中R为如下结构中的任一种：

M为如下结构中的任一种：Ag⁺、Zn²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Ba²⁺、Cd²⁺、Fe²⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Ti⁴⁺、Zr⁴⁺；R与M的摩尔比为1:0.5～4。

本发明氮杂环芳香胺-金属离子络合物阻燃剂，是通过包括如下步骤的方法制备获得：