新型无卤阻燃螺环磷腈环氧树脂的设计合成及固化动力学、热性能和阻燃性能研究

摘要

论文采用三步法设计并合成了新型无卤阻燃螺环磷腈环氧树脂，即首先在环三磷腈上引入含胺基的螺环结构，然后再与双酚A二缩水甘油醚反应制备出磷腈阻燃环氧树脂。通过核磁(1HNMR、31PNMR、13C NMR)、傅里叶红外光谱(FTIR)、元素分析和质谱(MS)等分析手段对三步反应的中间产物及最终的目标产物的化学结构和组成进行全面的表征，证实成功地合成了目标产物。将制备得到的螺环磷腈环氧树脂与4，4'-二氨基二苯甲烷(DDM)，4，4'-二氨基二苯砜(DDS)，热塑性酚醛树脂(novolac)三种典型的固化剂进行固化，并利用示差扫描量热仪(DSC)测定的固化曲线进行固化动力学的研究，得到其特征固化温度，固化反应活化能以及反应级数。将制备得到的不同的螺环磷腈环氧树脂的固化产物进行DSC测试，发现它们的玻璃化转变温度(Tg)均在150℃以上，并且在热失重分析TGA测试中，空气和氮气气氛中均具有较高的分解温度和残炭量。证明螺环磷腈环氧树脂具有优异的耐热性能。
　　 论文重点研究了三种环氧树脂固化产物的阻燃性能，它们的LOI值均在30％以上，同时，在UL-94垂直燃烧测试中，均达到了(Ⅴ)-0等级，具有优异的阻燃性能，难燃，自熄，无滴落，燃烧完成后出现明显的膨胀炭层，用扫描电镜(SEM)研究其残炭的结构发现，固化物在燃烧后形成致密的多孔膨胀炭层，它在环氧树脂燃烧过程中起到重要的阻隔热和氧的作用。研究结果表明这种新型环线型单螺环磷腈环氧树脂具有环保阻燃性、高耐热性及热稳定性，可广泛地应用于高端电子、微电子及电气领域。

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摘要

第一章 绪论

1．1 磷腈聚合物

1．1．1 磷腈的概述

1．1．2 磷腈的国内外研究进展

1．1．3 环线磷腈

1．1．4 环簇磷腈

1．2 环氧树脂

1．2．1 环氧树脂的合成、性能和应用

1．2．2 无卤阻燃环氧树脂

1．2．3 磷腈阻燃材料

1．2．4 阻燃环氧树脂的制备

1．3 磷腈阻燃环氧树脂的研究现状

1．4 本论文的研究内容与创新思想

1．4．1 论文拟解决的关键问题

1．4．2 论文的研究内容

1．4．3 论文的创新点

第二章 实验部分

2．1 实验原料

2．2 实验仪器

2．3 表征与测试

2．3．1 核磁共振(NMR)

2．3．2 质谱(MS)

2．3．3 元素分析

2．3．4 傅里叶变换红外光谱(FTIR)

2．3．5 环氧当量滴定

2．3．6 凝胶渗透色谱(GPC)

2．3．7 示差扫描量热仪(DSC)

2．3．8 热失重分析(TGA)

2．3．9 极限氧指数测试(LOI)

2．3．10 UL-94垂直燃烧测试

2．3．11 扫描电镜(SEN)

第三章 环线型螺环磷腈环氧树脂的制备

3．1 引言

3．2 新型环线型螺环磷腈环氧树脂的合成与制备

3．2．1 新型螺环磷腈环氧树脂的合成路线

3．2．2 新型螺环磷腈环氧树脂的合成步骤

3．3 新型螺环磷腈结构的表征与讨论

3．3．1 1，1-乙二胺基-3，3，5，5-四氯环三磷腈(化合物3)的表征

3．3．2 1，1-乙二胺基-3，3，5，5-四苯氧基环三磷腈(化合物5)的表征

3．3．3 新型螺环磷腈环氧树脂的表征

第四章 螺环磷腈环氧树脂的固化及其固化动力学研究

4．1 所选固化剂介绍

4．1．1 4，4’-二氨基二苯甲烷(DDM)

4．1．2 4．4’-二氨基二苯砜(DDS)

4．1．3 热塑性酚醛树脂(novolac)

4．2 螺环磷腈环氧树脂的固化过程

4．3 固化动力学研究

4．3．1 固化曲线分析

4．3．2 非等温固化动力学研究

第五章 螺环磷腈环氧树脂的性能研究

5．1 热性能分析

5．1．1 玻璃化转变温度

5．1．2 热分解温度

5．2 阻燃性能分析

5．2．1 极限氧指数(LOI)

5．2．2 UL-94垂直燃烧测试

5．2．3 残炭研究

第六章 全文总结

6．1 全文总结

6．2 下一步的研究计划

参考文献

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