磷氮化合物的合成和其对环氧树脂阻燃与热力学性能的影响

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综述了国内外环氧树脂的阻燃技术研究现状与发展趋势,系统地研究了一系列新型膨胀型阻燃剂——磷酸季戊四醇缩聚物的铵盐与三聚氰胺盐的合成及在环氧树脂中的应用,并将其与常用的膨胀型阻燃剂多聚磷酸三聚氰胺盐的阻燃效果进行对比。通过现代仪器分析研究了阻燃剂对环氧树脂的阻燃和各种物理性能的影响。研究结果如下: 1、以磷酸、季戊四醇为原料制得了磷酸季戊四醇缩聚物,并分别与氨水和三聚氰胺反应得到相应的铵盐与三聚氰胺盐。磷酸季戊四醇缩聚物的最佳合成条件为:磷酸/季戊四醇的摩尔比为1∶1,最佳反应温度为120℃,最佳反应时间为5h。 2、磷酸季戊四醇缩聚物的铵盐(阻燃剂A)及三聚氰胺盐(阻燃剂B)都对环氧树脂具有良好的阻燃效果,能显著增加环氧树脂二乙烯三胺(DETA)与四氢甲基苯酐(MeTHPA)固化物的极限氧指数值,且LOI值随阻燃剂用量的增加而增加。自膨胀性能较差的阻燃剂A改性环氧树脂的LOI值反而优于自膨胀性能好的阻燃剂B改性的环氧树脂的LOI值。 3、适量添加加入两种阻燃剂都能提高环氧树脂DETA与MeTHPA固化物的韧性,过量加入会降低韧性。两种阻燃剂都会干扰环氧树脂的固化过程,降低环氧树脂的热变形温度。 4、通过热重分析发现,这两种阻燃剂都能促进环氧树脂在高温下炭化,使环氧树脂固化物在高温下的残留量大大增加,发挥凝聚相阻燃作用。其中阻燃剂A改性的环氧树脂在高温下的残留量大于阻燃剂B改性的环氧树脂。 5、多聚磷酸三聚氰胺盐(MPP)的加入能明显改善环氧树脂的阻燃效果,添加5-50份能使环氧树脂MeTHPA固化物的LOI值从22.1升高到30.4,使环氧树脂DETA固化物的LOI值从24.3升高到39.5,该结果强与阻燃剂B但是弱于阻燃剂A。 6、MPP适量加入能明显改善环氧树脂的抗冲击性能,加入量较多也不会显著降低抗冲击性能。与阻燃剂A、B类似,MPP同样会干扰了环氧树脂的固化过程,降低了交联度。会使环氧树脂固化物的热变形温度下降。 7、由MPP改性环氧树脂固化物的TG数据可知,MPP在受热时能显著的促进环氧树脂催化成炭,形成泡沫炭层,发挥凝聚相阻燃作用,在高温下有比较高的残留率。
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