[发明专利]一种含磷富氮型化合物阻燃增强环氧树脂及其制备方法

说明书

本发明公开一种含磷富氮型化合物阻燃增强环氧树脂及其制备方法，所述制备方法是将将反应型改性剂通过机械搅拌分散于双酚A型二缩水甘油醚中，随后将所得混合物加热至一定温度下并反应一段时间；然后加入芳香族二胺类固化剂，搅拌至获得稳定均匀的环氧树脂溶液；最后，将环氧树脂溶液抽真空除气泡，再浇注到预热的模具中，并在指定的升温固化程序中进行热固化，制备得到阻燃增强环氧树脂。本方法工艺流程简单，所需反应型改性剂含磷富氮型化合物添加量低，具有明显的阻燃效果，且机械强度明显提高。

技术领域

本发明属于高性能高分子材料领域，具体涉及一种含磷富氮型化合物阻燃增强环氧树脂及其制备方法，

技术背景

环氧树脂因具有较强的刚性、耐腐蚀性、耐热性、绝缘性等特点而被广泛应用于各大重要领域，如:电子器件、汽车能源、航空航天等。但环氧树脂是一种易燃材料，氧指数只有20％左右，在燃烧过程中会释放热能，同时会产生大量的烟雾和有毒气体，对人们的生命健康和财产安全有巨大的危害；同时，环氧树脂是一种交联密度大的热固性材料，此类材料韧性不足，脆性大，容易开裂。因为这些缺陷限制了环氧树脂的应用范围，所以对其进行阻燃性能和强度的研究是非常重要的。

随着环氧树脂的广泛应用，对其防范火灾风险的能力和环境友好性有了更高的要求。此前，用于环氧树脂的含卤素的阻燃材料，因其对人体和动植物产生危害，此类阻燃剂会在燃烧的过程中产生有毒有害的卤化氢气体，人体吸入后危害人体健康，且污染环境；所以此类阻燃剂被欧盟禁止使用。开发和研究无卤素且环境友好型阻燃剂被提上日程。在无卤阻燃剂中，有机磷氮协同阻燃剂是一种应用前景广阔，且环境友好的改性剂。一般认为用氮化物(如尿、氰胺、胍、双氰胺、羟甲基三聚氰胺等)能促进磷酸与纤维素的磷酰化反应。形成的磷酸胺更易于纤维素发生成酯反应，这种酯的热稳定性较磷酸酯的热稳定性好。磷-氮阻燃体系能促使糖类在较低温度下分解形成焦炭和水，并增加焦炭残留物生产量，从而提高阻燃效果。磷化物和氮化物在高温下形成膨胀性焦炭层，它起着隔热阻氧保护层的作用，含氮化合物起着发泡剂和焦炭自增强剂的作用。基本元素分析得知，残留物中含氮、磷、氧三种元素，它们在火焰温度下形成热稳定性的无定形物，犹如玻璃体，作为纤维素的一个绝热保护层。

这一大类阻燃剂又分为添加型和反应型两大类：添加型阻燃剂不参与反应，以物理共混的方式分散于聚合物中，而且添加型阻燃剂有分散性差，与环氧相容性低的缺点，导致其阻燃效率低、阻燃稳定性和持久性差；相对而言，反应型方法既可以提高环氧树脂体系的磷氮含量，且高分子聚合反应过程中加入反应体系，使其耐热性和稳定性大大自增强，不会对环氧树脂固化物的物理性能产生较大的负面影响。综合以上分析，本发明的亮点之一是：将反应型膦氮协同阻燃剂引入环氧树脂分子链上，从而赋予环氧树脂持久的阻燃性，并保证环氧树脂具有优异的机械性能。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种含磷富氮型化合物阻燃增强环氧树脂及其制备方法，环氧树脂强度、韧性和阻燃性能不能平衡的不足，

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种含磷富氮型化合物阻燃增强环氧树脂的制备方法：将反应型改性剂通过机械搅拌分散于双酚A型二缩水甘油醚中，随后将所得混合物加热至一定温度并反应一段时间；随后加入芳香族二胺类固化剂，搅拌至获得稳定均匀的环氧树脂溶液；最后，将环氧树脂溶液抽真空除气泡，再浇注到预热的模具中，并在指定的升温固化程序中进行热固化，制备得到阻燃增强环氧树脂。

所述反应型改性剂为含磷富氮型化合物，具有如下化学结构：

所述反应型改性剂和双酚A型二缩水甘油醚的质量份数比为3～9:100。

所述芳香族二胺类固化剂与双酚A型二缩水甘油醚的质量份数比为18～26:100。

所述反应型改性剂和双酚A型二缩水甘油醚的反应温度为115～145℃，反应时间为20～40分钟。