新型无卤磷腈阻燃剂的合成及环氧树脂阻燃应用研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:zhanfeifan
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环氧树脂具有粘附力强,收缩率低,电绝缘性好,化学稳定性好,机械性能优良等优点,因而是基体树脂中应用十分广泛的一种树脂。但是环氧树脂的热性能和阻燃性能较差,这极大限制了它更加广泛的应用。因而,如何提高环氧树脂的阻燃性成为广泛关注的焦点。传统卤素阻燃环氧树脂的方法在燃烧时生成大量氯化氢等有毒气体,这些有毒气体吸水后会对金属元件产生强烈的腐蚀。因而开发新型无毒无卤阻燃剂成为目前研究的趋势。六氯环三磷腈的分子结构中富含磷、氮元素,并且磷腈环上的氯原子易发生亲核取代反应从而得到具有阻燃功能的环状磷腈化合物,可以阻燃环氧树脂。使环氧树脂在电子电器封装领域具有更加广泛的应用。本文采用一锅法合成了两种新型无毒无卤磷腈阻燃剂-羟乙氧基环三磷腈(HECP)和六苯氧基环三磷腈(HPCP),由于合成的磷腈化合物分子结构中不含有氯原子,因此可以作为环境友好型的无毒无卤阻燃剂。提高环氧树脂的热稳定性和阻燃性能的同时还较好的保持了环氧树脂固有的力学性能和电性能,使其在电子电器封装领域应用更加广泛,使用更加安全。本论文的主要研究内容和主要结果如下:1.采用一锅法合成了一种新型磷腈化合物-羟乙氧基环三磷腈(HECP),对其结构与性能进行了表征分析,确定了其分子结构。2.探究了HECP的合成条件和工艺过程,得到合成高纯度、高产率HECP理想的反应条件,并简化了实验的后处理方法。实验结果表明:反应物醇钠与六氯环三磷腈的摩尔比为10:1,在温度35℃下反应12h,最终得到的HECP产率可达88%,羟乙氧基取代度可达92%。3.以苯酚代替乙二醇,采用相同的合成工艺过程成功合成了另一种磷腈化合物-六苯氧基环三磷腈(HPCP),通过红外光谱和核磁共振氢谱、磷谱分析确定了其分子结构。4.以自制的两种磷腈化合物HECP和HPCP作为阻燃剂对环氧树脂进行阻燃处理,然后对固化后的环氧树脂样品的机械性能、疏水性能、电性能、热性能和燃烧性能进行测试分析,得到如下结论:(1)力学性能测试结果表明:环氧树脂的拉伸强度和冲击强度分别随着阻燃剂HECP和HPCP添加量的增大呈下降趋势。为了更好的保持环氧树脂的力学性能,磷腈阻燃剂的添加量不应该超过10%。(2)疏水性能和电性能测试结果表明:两种磷腈阻燃剂HECP和HPCP的加入虽然会使得环氧树脂表面对水的接触角稍有减少,但是材料表面仍呈疏水性。并且添加了磷腈阻燃剂的环氧树脂样品仍具有电绝缘性,可以在电子电器领域中安全的使用。(3)热性能和阻燃性能测试结果表明:两种磷腈阻燃剂HECP和HPCP的加入提高了环氧树脂样品高温下的热稳定性,并且随着磷腈阻燃剂的加入,最终的残炭率也有所提高,环氧树脂样品的阻燃性能也相应地提高了。(4)LOI测试结果表明:添加的两种磷腈阻燃剂(HECP和HPCP)都大幅度提高了环氧树脂样品的阻燃性能,并且HPCP的阻燃效果更好。而垂直燃烧实验表明,添加了两种磷腈阻燃剂(HECP和HPCP)的环氧树脂样条生烟量明显减少,没有熔融和滴落现象,阻燃级别均可以达到V-1级。与传统磷系阻燃剂聚磷酸铵相比,磷腈阻燃环氧树脂的阻燃效果更好,并且能更好的保持环氧树脂的力学性能。5.根据环氧树脂样品热重分析数据以及残炭SEM和红外分析数据可以得出两种磷腈阻燃剂HECP和HPCP阻燃环氧树脂的阻燃机理:HPCP阻燃环氧树脂,其阻燃机理更偏向气相阻燃机理;HECP阻燃环氧树脂,其阻燃机理偏向固相阻燃机理。
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