高磷含量聚酯多元醇制备及阻燃环氧树脂研究

摘要

环氧树脂在工业领域应用广泛，但环氧树脂易燃，使用过程中容易引发火灾，因此环氧树脂的阻燃改性十分重要。磷系阻燃剂具有无卤、高效、无毒等优点，将其用于环氧树脂的阻燃改性是阻燃研究领域的热点之一。 本论文合成了聚羟甲基氧化膦苯基膦酸酯(LPHPOP)和含氧化膦超支化聚膦酸酯(HPHPOE)两种高磷含量聚酯多元醇，并将其应用于环氧树脂阻燃。 首先，以苯基膦酰二氯(BPOD)和双羟甲基甲基氧化膦(BMPO)为原料，合成聚羟甲基氧化膦苯基膦酸酯(LPHPOP)，研究了合成路线与工艺条件。用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)对LPHPOP的结构进行了表征;用差示扫描量热仪(DSC)研究了LPHPOP/环氧树脂体系的固化工艺;用热重分析仪(TGA)研究了LPHPOP/环氧树脂体系的热降解动力学;用扫描电镜(SEM)研究了LPHPOP/环氧树脂体系残碳的形貌;研究了LPHPOP对环氧树脂的力学性能、热稳定性和阻燃性的影响。结果表明，以吡啶为敷酸剂，预聚反应温度50℃，反应时间50min，0.1mol(19.5g)BPOD，0.15mol(18.6g)BMPO，产物收率最高为91％;LPHPOP对环氧树脂具有很好的促进成碳性，在添加量为20wt％时，残余量可达14.35％，比纯环氧树脂残余量提高了242％;通过Flynn-Wall-Ottawa和Coats-Redfern方法，确定了EP体系的热降解动力学反应机理为Phase boundary controlled reaction型，EP-10wt％LPHPOP体系的热降解动力学机理为3-dimensional phase boundary reaction型;LPHPOP对环氧树脂的机械性能有一定的改善;LPHPOP添加量为10wt％时，LPHPOP/环氧树脂体系LOI值由原来的19.6提升到29.7。 其次，以三氯氧磷和双羟甲基甲基氧化膦(BMPO)为原料合成含氧化膦超支化聚膦酸酯(HPHPOE)，研究了合成路线和工艺条件。用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)对HPHPOE的结构进行了表征;用差示扫描量热仪(DSC)法研究了HPHPOE/环氧树脂体系的固化工艺及非等温固化动力学;用热重分析仪(TGA)研究了HPHPOE/环氧树脂体系的热稳定性;用扫描电镜(SEM)研究了HPHPOE/环氧树脂体系残碳的形貌;研究了HPHPOE对环氧树脂材料的力学性能、热稳定性和阻燃性的影响。结果表明，以三乙胺为敷酸剂，预聚反应温度40℃，反应时间70min，0.1mol(15.3g)三氯氧磷，0.2mol(24.8g)BMPO，产物收率最高达到92％;Reaction order单参数自催化模型很好的描绘了HPHPOE/环氧树脂体系的固化反应过程;HPHPOE对环氧树脂具有很好的促进成碳性，在添加量为20wt％时，残余量可达26.21％，比纯环氧树脂提高了524％;HPHPOE对环氧树脂的机械性能有一定的改善;HPHPOE添加量为15wt％时，使环氧树脂的LOI值由原来的19.6提升到28.1。

目录

声明

摘要

1前言

1．1阻燃剂概述

1．1．1阻燃剂的发展

1．1．2阻燃剂种类

1．2磷系阻燃剂现状

1．2．1磷系阻燃剂种类

1．2．2阻燃机理

1．3环氧树脂概述

1．4本论文的研究意义

1．5本论文的主要研究内容

2实验材料与方法

2．1实验原料及设备

2．2实验方法

2．2．1阻燃剂合成

2．2．2环氧树脂固化工艺

2．3．2热重分析仪(TG)

2．3．3差示扫描量热仪(DSC)

2．3．4极限氧指数测试(LOI)

2．3．5环氧树脂的机械性能测试

2．3．6环氧树脂燃烧残留物形貌分析(SEM)

3结果与讨论

3．1．1 LPHPOP合成影响因素

3．1．2 LPHPOP红外谱图(FT-IR)

3．1．3 LPHPOP热稳定性分析(TGA)

3．1．4 LPHPOP溶解性

3．1．5 LPHPOP／环氧树脂阻燃体系固化条件

3．1．6 LPHPOP／环氧树脂阻燃体系力学性能

3．1．7 LPHPOP／环氧树脂阻燃体系热重分析

3．1．8 LPHPOP／环氧树脂阻燃体系热降解动力学分析

3．1．9 LPHPOP／环氧树脂阻燃体系阻燃性能

3．1．10 LPHPOP／环氧树脂阻燃体系成碳(SEM)分析

3．1．11小结

3．2 HPHPOE／环氧树脂阻燃体系

3．2．1HPHPOE合成影响因素

3．2．2HPHPOE红外谱图(FT-IR)

3．2．3 HPHPOE热稳定性(TGA)分析

3．2．4 HPHPOE的溶解性

3．2．5 HPHPOE／环氧树脂体系固化动力学

3．2．6 HPHPOE／环氧树脂体系的力学性能

3．2．7 HPHPOE／环氧树脂体系热稳定性

3．2．8 HPHPOE／环氧树脂体系的阻燃性能

3．2．9 HPHPOE／环氧树脂阻燃体系成碳(SEM)分析

3．2．10小结

4展望

参考文献

6攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢