新型磷/氮阻燃环氧固化剂的制备、性能及固化动力学研究

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随着电子电气工业的迅速发展以及复合材料应用领域的逐步拓展,对传统所使用的环氧树脂材料提出了更高的要求。普通的环氧树脂阻燃性能差,易燃烧;耐湿性低,严重阻碍了其在电子电器领域中的应用。因此开发具有耐热性能好、高效阻燃的环氧树脂具有十分重要的意义。本文从分子结构设计角度出发,探讨了一种环氧树脂固化剂的合成方法和工艺。利用DOPO活泼的P(O)-H与亚胺(C=N)之间的加成反应,把9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)结构引入到三聚氰胺希夫碱(MSB)中,合成了一种含磷的三聚氰胺希夫碱结构的环氧固化剂P-MSB。采用红外光谱(FTIR)、氢核磁(1H-NMR)、磷核磁(31P-NMR)和等分析手段对该固化剂进行了表征。并用这种磷/氮协同的固化剂对邻甲酚醛环氧树脂(CNE)进行热固化,制备了阻燃性的环氧固化物。采用热分析法、极限氧指数法对相应环氧固化物的热性能和阻燃性能进行了研究。研究结果表明:固化产物P-MSB/CNE具有高的玻璃化转变温度(Tg为165oC);良好的热稳定性(T10%为353oC);800oC的残炭率为27%;极限氧指数LOI值为35,表明其具有优良的阻燃性能。采用差示扫描量热仪(DSC)研究了P-MSB/CNE体系非等温固化动力学。采用外推法确定了体系的固化工艺。利用Flynn-Wall-Ozawa等转化率法和Kissinger法确定P-MSB/CNE体系的固化反应活化能(Ea)分别为74.18和70.17KJ.mol-1。通过Friedman方法证明固化反应为自催化反应机理,计算得到的反应级数m和n分别为1.23和1.45,同时还对其固化过程进行了模拟计算,理论模拟曲线和试验曲线就有很好的一致性。
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