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含固化作用的阻燃剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2016-11-9 13:38:21
含固化作用的阻燃剂是结构型阻燃环氧树脂研究的一个重要方面。含固化作用的阻燃剂固化制备的环氧树脂具有优越的阻燃性且无析出现象。

目前含固化作用的阻燃剂主要有含溴氯固化阻燃剂、含磷固化阻燃剂、含氮固化阻燃剂和含硅固化阻燃剂4种。其中含溴固化阻燃剂研究的最早,技术也最成熟,因其成本低、阻燃效果好而被广泛应用,但是燃烧时同样会产生有毒性气体,日益被无卤化固化阻燃剂取代。

由于环氧树脂固化物中含有大量羟基,而含磷化合物易与羟基反应,因此含磷阻燃剂是环氧树脂的高效阻燃剂。

Toldy等用五氧化二磷、间三苯酚和三聚氰胺合成了一种含有机磷的物质:一代三间苯酚(MPP)、二代三间苯酚(DPP)和三代三间苯酚(TPP),同时将它们作为EP的固化剂,并研究了体系的热性能。结果表明:当磷含量为2.5%时,体系的LOI值达到了28%,阻燃性能达到了UL94 V-0级。

C S Wang等通过DOPO与甲醛反应,再分别与酚醛树脂和三聚氰胺、苯酚反应制备了两种酚醛环氧固化剂DOPO-FP和DOPO-FMP。研究表明,这两种固化剂固化的树脂在700℃时,残炭量>30%。DOPO-FP固化的树脂在磷质量分数为1.45%时达到UL94 V-0级,DOPO-FMP固化的树脂达到UL94 V-0级的磷和氮质量分数分别为0.81%和2.36%。 

Sergei V Lechik等合成了一种新型含磷固化剂BAMPO(二间氨基苯基甲基膦酸酯),用来固化环氧树脂DGEBA(双酚A二缩水甘油酯),可用于生产环氧树脂/玻璃纤维层压板。与DDS固化的环氧树脂相比,BAMPO固化制备的环氧树脂力学性能相当,但其阻燃性能获得很大的提高。

Ying Ling Liu等用DOPO和4-羟基苯甲酸反应制备新型含磷酚醛树脂(DOPO-PN)用来作为环氧树脂的固化剂,并研究了固化体系的热性能。结果表明:当含磷量为2%时,固化物的LOI为26%,可达UL94 V0级。该固化体系还具有很高的热稳定性,其Tg高达160℃。

魏振杰等利用(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷与磷酸反应制备了一种含磷有机硅杂化物,并将其加入到双酚A环氧树脂/4,4-二氨基二苯基甲烷体系制备了环氧树脂/含磷有机硅杂化物固化物。


磷酸三苯酯(阻燃剂TPP)

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经研究表明:该固化体系的Tg比纯环氧树脂固化体系有所提高,初始分解温度比纯环氧树脂低,而高温残炭率有大幅提高;当含磷有机硅杂化物含量为30份时,固化体系的Tg提高9℃,极限氧指数达到27.3%,700℃残炭率达到34.1%,比纯环氧树脂分别提高28%和77.8%。

人们在环氧树脂主链引入阻燃基团(卤族元素除外),从而成为本质阻燃环氧树脂。本质阻燃环氧树脂阻燃效能持久,不存在添加型阻燃剂具有挥发,溶出及迁移等问题,又可实现分子内的协同阻燃效应,是环境友好型阻燃高分子材料。但是生产成本偏高,制造工艺复杂,因而限制了它们的应用,只能考虑用于那些不十分注重经济因素的地方。

含磷阻燃环氧树脂  磷酸酯类环氧树脂是有机磷系无卤阻燃环氧树脂的重要系列,主链上连接有含磷酸酯类的环氧化合物与纯树脂相比表现出优异的阻燃性能。

Gao等首先用2,2-二甲基-1,3-丙二醇、1,2-二氯甲烷和三氯化磷合成了5,5-二甲基-2-氧化-1,3,2-二氧磷杂环己烷类化合物(DODP),再通过DODP、1,2-二氯甲烷和p-苯醌合成了4-(5,5-二甲基-2-氧化-1,3,2-二氧磷杂环己-4-氧基)-苯酚(DODPP),最后通过DODPP和EP合成了含磷EP。然后将纯双酚A型EP(DGEBA)和不同含磷量的EP通过低相对分子质量的聚酰亚胺(PI)进行固化。

固化后的EP体系通过TGA测试表明:含磷EP体系具有很好的热稳定性;当w(磷)=2.5%时,体系在1000℃时的残炭率为46%,而纯EP在900℃时仅为7%;前者的LOI(氧指数)达到了30.2%,而后者只有19.8%。因此,该固化体系具有很好的热稳定性和阻燃性能,同时,低相对分子质量的PI赋予了该体系较高的韧性和冲击强度。  

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