多官能度氮系阻燃剂的制备及其阻燃环氧树脂的研究

作     者：王睿 

作者单位：中国民用航空飞行学院 

学位级别：硕士

导师姓名：郑鹏伦

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0837[工学-安全科学与工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：环氧树脂 氮系 阻燃剂 邻苯二甲腈 阻燃性 阻燃机理 

摘      要：近年来,环氧树脂(EPs)已被广泛应用于许多领域,它具有优良的物理、机械、电绝缘和与各种材料的粘合性能。然而,传统的EPs的火灾危险系数较高,一旦燃烧就会对人的生命和财产造成威胁,因此,提高环氧树脂的阻燃性能对其它领域尤其是民航领域是有重要意义的。在传统阻燃剂中,由于在燃烧时会释放出卤化氢气体和有毒物质,而且会残留对环境危害的永久性污染物,近年来含卤阻燃剂已被逐步限制。含磷阻燃剂是很有前途的替代品,具有更强的阻燃性和更低的毒性,但是含磷阻燃剂容易导致二次污染且释放有腐蚀性的酸,最终会对环境也有一定的影响,而且它们的来源通常是不可再生的磷酸盐。基于以上分析,本文以腈基交联为基础,拟设计两种无卤无磷的交联阻燃剂,并将其添加到EPs中,制备具有高阻燃性的环氧固化物,并对其热稳定性和阻燃机理进行分析。本文主要内容如下:(1)以3-APN、甲醛和双酚A为原料,合成了一种含苯并噁嗪的邻苯二甲腈(BAPh)阻燃剂,并加以适量比例的固化剂制备了阻燃环氧固化物。经过测试发现,环氧树脂固化物的阻燃性具有较大的提升,仅仅添加10wt%的含量,就已经达到UL-94 V-0等级,极限氧指数为32.7%;热稳定性方面,由于固化后的腈基和噁嗪环发生了双交联,形成了稳定的三嗪环和超支化结构,因此环氧固化物在高温下的残炭率也有所提高;对环氧固化物不同温度下的气体产物进行分析,发现有氨气等不可燃气体产生,这些不可燃气体可以稀释可燃气体和氧气。上述实验结果说明交联阻燃剂能够有效地提升环氧树脂的阻燃性能,阻燃机理表征结果表明阻燃剂能同时在气相和凝聚相中表现出优异的阻燃作用。(2)以烯丙基双酚A和4-硝基邻苯二甲腈为原料,合成了一种含烯丙基的邻苯二甲腈(DBA-Ph)阻燃剂,并加以适量比例的固化剂制备了添加型阻燃环氧固化物。经过测试发现,环氧树脂固化物的阻燃性具有较大的提升,仅仅添加10wt%的含量,就已经达到UL-94 V-0级别,极限氧指数为32.9%;这说明多重交联网络会让环氧树脂生成更为致密且坚硬的残炭,从而让阻燃性能进一步得到提升。