[发明专利]含磷氮硼的羧酸化合物、其制备方法及阻燃环氧树脂的制备方法及应用

说明书

本发明涉及材料的技术领域，具体涉及一种含磷氮硼的羧酸化合物、其制备方法及阻燃环氧树脂的制备方法及应用。该羧酸化合物分子结构中含有磷杂菲、三嗪三酮、硼酸或有机硼酸基团以及羧基，其分子结构有TMDB‑1与TMDB‑2两种形式，具体如下：TMDB‑1：TMDB‑2：其中，R1和R2为羟基、烷基、芳基中的任意一种。本发明的含磷氮硼羧酸化合物为反应型无卤阻燃剂，既解决了含卤阻燃剂对人体以及环境的危害，又克服了添加型阻燃剂对环氧树脂基体物理机械性能的影响。本发明的羧酸化合物在赋予环氧/酸酐体系优异的阻燃和抑烟性能同时，还能在一定程度上提高其力学性能，阻燃环氧树脂弯曲模量以及弯曲强度均有所提高。

技术领域

本发明涉及材料的技术领域，具体涉及一种含磷氮硼的羧酸化合物、其制备方法及阻燃环氧树脂的制备方法及应用。

背景技术

环氧树脂具有优越的粘接性能，较好的耐腐蚀性能，优异的物理机械性能和电绝缘性能，因而被广泛应用于粘接涂料、电子电气、化学化工、机械制造和交通运输等领域，是当今运用最为广泛的热固性树脂之一。然而，环氧树脂和其他高分子材料一样属于易燃材料，在被点燃后会剧烈燃烧并释放大量的热量，产生浓烟和有毒气体，容易造成巨大的人员伤亡和财产损失。因此提高环氧树脂的阻燃性能对于提高其火灾安全系数并拓宽其应用领域具有重要意义。

随着全球环保意识的提高，含卤阻燃剂渐渐被限制使用。此外，由于添加型阻燃剂只是物理共混于树脂基体中，这会导致环氧树脂综合性能的恶化，同时阻燃剂会随着使用时间的增加从基体表面析出造成阻燃性能的下降并污染环境。为了减小阻燃剂对环氧树脂基体综合性能的负面影响，设计开发具有反应活性的阻燃固化剂或共固化剂成为环氧树脂阻燃改性研究热点。

中国专利CN 106749413 B公开了一种含磷氮硫的反应型阻燃剂，添加到环氧树脂基体中，在改善环氧树脂阻燃效果的同时还能保持其热稳定性和机械性能。但此类反应型阻燃剂是基于胺类设计开发，所制备的反应型阻燃剂最终用于环氧树脂/胺类体系。除了胺类固化剂外，酸酐类是另外一类重要且应用较多的环氧树脂固化剂，具有比胺类固化环氧树脂更好的综合性能，如毒性小、初始粘度低、适用期长、吸水率低、电绝缘性和透明性优良等，因此酸酐类在环氧树脂诸多重要应用中都是优先选择使用的，尤其是在电子设备中。如今电子产品高度集成化发展，因其过热引起的火灾变得越来越多。因此，对酸酐类固化环氧树脂的阻燃改性研究显得尤为重要。现有的一些制备方法中虽然基本解决了环氧/酸酐体系的易燃性，但其阻燃效率较低且抑烟性能较差，添加量加大不可避免降低了其工艺成型性能，同时阻燃剂大量加入会在一定程度上恶化基体的力学性能。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种含磷氮硼的羧酸化合物，为反应型无卤阻燃剂，阻燃效率更高，应用在环氧树脂/酸酐体系，在赋予环氧树脂优异阻燃与抑烟性能的同时还能基本保持环氧树脂原本的物理机械性能如耐热性和力学性能等。

本发明的目的之二在于提供一种含磷氮硼的羧酸化合物的制备方法，其反应过程简单，条件温和，且合成过程中无有毒有害物质产生，其制备方法经济环保、成本低廉。

本发明的目的之三在于提供一种阻燃环氧树脂的制备方法，采用所述含磷氮硼的羧酸化合物作为阻燃剂，在赋予环氧树脂优异阻燃与抑烟性能的同时还能基本保持环氧树脂原本的物理机械性能如耐热性和力学性能等。

本发明的目的之四在于提供一种阻燃环氧树脂的应用。

本发明实现目的之一所采用的方案是：一种含磷氮硼的羧酸化合物，该羧酸化合物分子结构中含有磷杂菲、三嗪三酮、硼酸或有机硼酸基团以及羧基，其分子结构有TMDB-1与TMDB-2两种形式，具体如下：

TMDB-1：

TMDB-2：

其中，R1和R2为羟基、烷基、芳基中的任意一种。