高分子量含磷阻燃剂环氧磷酸衍生物的合成与应用研究

摘要

从高聚物的阻燃机理与耐高温和阻燃型环氧树脂综述了当前国内外对环氧树脂阻燃和耐高温研究的研究现状和发展趋势，指出了无卤与磷功能化阻燃的重要性与应用前景。合成了高分子量含磷阻燃剂——磷酸环氧和环氧磷酸铵(胺)阻燃剂。通过红外光谱证实了产物的结构；通过氧指数测定实验、冲击实验、硬度实验、热变形温度测定实验和热失重分析实验探讨了阻燃剂的阻燃效果和阻燃机理及阻燃剂的添加对环氧树脂固化物的韧性、硬度、热变形温度和热失重过程的影响。研究结果如下： 合成了高分子量含磷环氧阻燃剂HEP、EPA、EPPA、EPD和EPPD。反应均为均相反应，产物的黏度随着溶剂的蒸出而逐渐增大，室温下为固体或膏状物。产物HEP为端基带有环氧基团的活性阻燃剂，产物EPA、EPPA、EPD和EPPD均为添加型阻燃剂，室温下均为固体，较易吸水，均置于干燥器中保存。HEP在固化过程中可与固化剂发生反应，发挥凝聚相阻燃作用，并对环氧固化体系的热稳定性影响不大。在添加30phr的HEP时环氧固化物的氧指数值既有显著提高，但是增加到一定量时氧指数值不再有明显变化。适量添加HEP可大幅度提高固化物的韧性，并且对固化物的硬度影响不大。 EPA添加30phr时固化物可以在空气中自熄，50phr时氧指数值达到最高值29左右。由于EPA的氮磷协同阻燃效应的存在使得EPA的阻燃效果好于EPH。磷酸的引入对环氧树脂基体的热稳定性影响不大，EPA可发挥凝聚相阻燃作用。当EPA添加量为20和30phr时能够起到增韧的作用，但是过量的EPA会降低冲击性能，且对表面硬度造成不利影响。阻燃剂EPA对环氧固化体系的交联结构没有明显影响。 EPD分子为交联结构，分解温度较铵盐结构的EPA高，可发挥凝聚相阻燃作用。EPD添加20phr时固化物即可以在空气中自熄，50phr时氧指数值达到最大值36左右。EPD的含氮量远高于EPA，接近含磷量，因此EPD的氮磷协同效应比EPA更显著，阻燃效果更佳(EPA最大氧指数值为29)。少量添加EPD能够起到明显的增韧作用，超过30phr时虽然固化物的韧性有所下降，但是总的来看对固化物的韧性和表面硬度影响不大，且对环氧固化体系的交联结构没有明显影响。 EPPA同样可发挥凝聚相阻燃作用，仅添加10phr时固化物可以在空气中自熄，40phr时氧指数值达到最大值32左右。由于EPPA的含氮量和含磷量均比EPA提高了一倍左右，具有更好的阻燃效果。添加EPPA的环氧固化物的冲击强度最高可达1.9(空白样仅为0.83)，固化物硬度虽然有所下降，但并不明显。阻燃剂EPPA对环氧固化体系的交联结构没有明显影响。EPPA在500℃的残炭率高于EPA，因此固化物的残炭率随着含磷量升高而增大，且对树脂整体的耐热性影响不大。 EPPD在以上5个体系中的阻燃性能最好，且耐高温性优于EP，可发挥凝聚相阻燃作用。添加10phrEPPD时，体系的氧指数值达到27左右，40phr时，氧指数值达到最大值36左右。EPPD的氮磷含量均高于EPD，且EPPD的含氮量比EPPA高并接近含磷量。适量添加EPPD能够增强环氧固化物的韧性，总体来看EPPD的加入对体系的冲击性能和表面硬度影响不大。EPPD对环氧固化体系的交联结构没有明显影响。由于EPPD的含氮量比EPD高，因此可分解放出更多的NH3，在稀释氧气带走热量的同时促进树脂基体脱水炭化，发挥更强的氮磷协同阻燃作用。

目录

湖北大学学位论文原创性声明和使用授权说明

摘要

第一部分文献综述

第二部分实验部分

第三部分结果与讨论

第四部分结论

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间的科研成果