非收縮性阻燃環(huán)氧樹脂及其固化劑的合成與表征.pdf

1、環(huán)氧樹脂具有高拉伸強(qiáng)度和模量、優(yōu)異的粘結(jié)性能、良好的耐化學(xué)藥品性、耐溶劑性及電絕緣性，廣泛應(yīng)用于膠粘劑、涂料、半導(dǎo)體封裝材料和絕緣材料等領(lǐng)域，特別是近年來在高性能絕緣灌封材料方面的發(fā)展尤為迅速。然而，環(huán)氧樹脂在固化過程中常伴有體積收縮，產(chǎn)生的收縮應(yīng)力會(huì)造成材料的使用壽命降低，機(jī)械強(qiáng)度下降，特別是材料的韌性變差。此外，環(huán)氧樹脂材料的極限氧指數(shù)(LOI)較低，屬于易燃物質(zhì)，離火后持續(xù)自燃易引發(fā)火災(zāi)，因此使用前一般需進(jìn)行阻燃處理。
　　

2、本文通過分子設(shè)計(jì)，從改善環(huán)氧樹脂的固化收縮性和阻燃性兩方面考慮，合成了三種兼具螺環(huán)結(jié)構(gòu)和阻燃元素的9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物(DOPO)基螺環(huán)原碳酸酯類化合物，并用作環(huán)氧樹脂的固化劑對環(huán)氧樹脂進(jìn)行抗收縮和阻燃改性研究。
　　合成了三種新型的DOPO基螺環(huán)原碳酸酯，分別是DOPO基雙五元螺環(huán)原碳酸酯(DSOC1)、DOPO基雙六元螺環(huán)原碳酸酯(DSOC2)和含磷氮雙六元螺環(huán)原碳酸酯(DTSOC)。分別對其合

3、成條件進(jìn)行了優(yōu)化，得到最佳合成條件，并采用紅外光譜、核磁共振分析與元素分析等方法對合成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。用膨脹計(jì)法跟蹤測定其進(jìn)行陽離子開環(huán)聚合的膨脹率，對其開環(huán)聚合產(chǎn)物的本征阻燃性能和耐熱性能進(jìn)行了測試與評價(jià)。研究結(jié)果表明:三種螺環(huán)化合物的開環(huán)聚合產(chǎn)物均具有較好的膨脹性能、良好的阻燃性能和較高的熱穩(wěn)定性。DSOC1在160℃下進(jìn)行陽離子開環(huán)聚合時(shí)，體積膨脹率為3.34％;其開環(huán)聚合產(chǎn)物的極限氧指數(shù)(LOI)在29％以上，UL-94測

4、試達(dá)到Ⅴ-0級;其5％分解溫度為358℃，600℃下成炭率為20.25％。DSOC2在160℃下進(jìn)行陽離子開環(huán)聚合時(shí)，體積膨脹率為5.21％;其開環(huán)聚合產(chǎn)物的LOI達(dá)到30％以上，可通過UL-94Ⅴ-0級試驗(yàn);其5％分解溫度為320℃，600℃下成炭率為23.07％。DTSOC在160℃下進(jìn)行陽離子開環(huán)聚合時(shí)，體積膨脹率達(dá)到5.47％;其開環(huán)聚合產(chǎn)物的LOI在30％以上，可達(dá)到UL-94Ⅴ-0級;其5％分解溫度為309℃，600℃下成炭

5、率為25.58％.
　　以雙酚A環(huán)氧樹脂（E-51）為基體樹脂，以合成的三種DOPO基螺環(huán)原碳酸酯DSOC1、DSOC2和DTSOC為固化劑，以三氟化硼乙胺為固化促進(jìn)劑，進(jìn)行非收縮性阻燃環(huán)氧樹脂的制備研究。通過非等溫DSC法，研究并確定了三種固化體系的固化工藝條件。采用紅外光譜法，通過對改性環(huán)氧樹脂固化前后環(huán)氧基團(tuán)轉(zhuǎn)化率的變化，研究了螺環(huán)化合物與環(huán)氧樹脂的共聚反應(yīng)，間接證明了螺環(huán)化合物與環(huán)氧樹脂共聚固化反應(yīng)的發(fā)生。采用密度法研究了

6、螺環(huán)化合物對改性環(huán)氧樹脂體積收縮率的影響，并對其抗收縮性能進(jìn)行了評價(jià)，研究表明:三種螺環(huán)化合物均具有很好的抗收縮性能，改性環(huán)氧樹脂的收縮性得到很大的改善，并表現(xiàn)出一定的體積膨脹，當(dāng)螺環(huán)化合物的加入量為20 wt％時(shí)，三種固化體系的體積膨脹率分別為1.17％、1.43％和1.31％。采用LOI和UL-94垂直燃燒試驗(yàn)對改性環(huán)氧樹脂的阻燃性能進(jìn)行了測試，測試結(jié)果表明:經(jīng)螺環(huán)化合物改性的環(huán)氧樹脂具有較高的LOI，當(dāng)螺環(huán)化合物的加入量為20 w