一种反应型阻燃剂、阻燃环氧树脂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种反应型阻燃剂、阻燃环氧树脂及其制备方法和应用。反应型阻燃剂的制备包括如下步骤：将2,4,6

【技术实现步骤摘要】
一种反应型阻燃剂、阻燃环氧树脂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于环氧树脂阻燃
，尤其涉及一种反应型阻燃剂、阻燃环氧树脂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]限制环氧树脂在实际应用中使用的主要因素之一是其高可燃性，然而，随着人们对环保问题的日益重视，含卤阻燃剂的弊端已得到深刻认识。有机卤素化合物在高温下可转化为有毒的二恶英。同时，这些有毒有害物质不能被生物降解，会导致它们暴露在环境中并在生物体内蓄积，对环境和健康造成极大危害。因此，为适应环保要求，无卤阻燃剂相关研究的重要性日益凸显。
[0003]近年来，DOPO的研究在环氧树脂无卤阻燃剂的研究中最为突出，由于其特殊的磷杂菲DOPO的结构赋予环氧树脂良好的耐热性和阻燃性。同时，分子中的活性P
‑
H键可以参与反应获得含有不同官能团的衍生物。然而，单一的仅含磷元素的基于DOPO的阻燃剂需要大量添加以确保优异的阻燃性。因此，其他元素已被引入磷化合物的分子结构中以提高阻燃性能，包括氮、硫、硅、硼。DOPO及相关衍生物与其他元素具有令人满意的相互促进作用，在保证阻燃性能的前提下减少了阻燃添加剂的用量。
[0004]然而，在大多数情况下，阻燃剂的加入带来了优异的阻燃效果，同时对其他性能产生了不利影响，如机械性能急剧恶化和耐热性下降，这将限制材料的应用范围。因此，合成一种高效的环氧树脂阻燃剂对于在保持环氧树脂优良的机械性能的同时提高阻燃性具有重要意义。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术问题，本专利技术的目的在于提供一种反应型阻燃剂、阻燃环氧树脂及其制备方法和应用。本专利技术提供了一种基于2,4,6
‑
三氨基嘧啶的反应型阻燃剂及其在环氧树脂中的应用，本专利技术阻燃剂具有原料毒性小、价格便宜、合成单体来源广泛、阻燃效率高，本专利技术制备方法简单易行，便于工业化生产，同时制备过程中使用的溶剂无毒，气味小，可回收利用。阻燃剂能使环氧树脂达到很好的阻燃性能，且能降低环氧树脂燃烧过程中的热释放速率，并能增强环氧树脂的力学性能。
[0006]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0007]一种反应型阻燃剂，其化学结构式如下：
[0008][0009]上述反应型阻燃剂的制备方法，包括如下步骤：
[0010](1)将2,4,6
‑
三氨基嘧啶和苯甲醛溶解在有机溶剂中，在80～100℃下搅拌反应4～6h，得到均匀淡黄色液体；
[0011](2)待步骤(1)反应体系冷却至室温后，加入DOPO并升温至120～140℃搅拌反应3～5h，得到均匀橘红色液体；
[0012](3)将步骤(2)中得到的橘红色液体减压蒸馏，得到淡黄色粉末固体；
[0013](4)将步骤(3)中淡黄色粉末真空干燥，除去剩余的有机溶剂，即得到所述反应型阻燃剂。
[0014]优选的，步骤(1)所述2,4,6
‑
三氨基嘧啶和苯甲醛与步骤(2)所述DOPO的摩尔比为1:(2.8～3.2):(2.9～3.1)。
[0015]优选的，步骤(1)所述有机溶剂为DMF、四氢呋喃、二氧六环和丙酮中的至少一种。
[0016]优选的，步骤(3)所述减压蒸馏的方式为：采用旋转蒸发仪，在125℃下以80rpm的旋转速度蒸发。
[0017]优选的，步骤(3)所述减压蒸馏的时间为1～2h。
[0018]优选的，步骤(4)所述真空干燥的温度为100～110℃，真空干燥的时间为10～12h。
[0019]一种阻燃环氧树脂，其由包含如下质量份的组分制备得到：100份双酚F环氧树脂、8～10份所述反应型阻燃剂和29～31份固化剂。
[0020]优选的，所述双酚F环氧树脂的环氧值为0.58～0.6。
[0021]优选的，所述固化剂为4.4'
‑
二氨基二苯基甲烷(DDM)、DDS(二氨基二苯基砜)、2
‑
甲基咪唑和双氰胺中的至少一种。
[0022]所述阻燃环氧树脂的制备方法，包括如下步骤：先将环氧树脂加热至120～150℃，再加入上述反应型阻燃剂，并混合均匀，然后冷却至温度为70～90℃，再加入固化剂，混合均匀后真空脱泡，再依次进行浇注模具，先在80～90℃下保温2
‑
3h，再在120～130℃下保温2
‑
3h，最后在150～160℃下保温5
‑
6h，自然冷却后，制得所述阻燃环氧树脂。
[0023]上述阻燃环氧树脂在装饰涂料、轨道交通和电子封装方面的应用。
[0024]本专利技术的反应原理为：反应的第一步是通过2,4,6
‑
三氨基嘧啶的氨基和苯甲醛中的活性羰基缩合生成含有
‑
C＝N
‑
双键的席夫碱，第二部是用第一步得到的席夫碱和DOPO中的活泼
‑
P
‑
H
‑
键发生加成反应，最后得到目标产物。选择2,4,6
‑
三氨基嘧啶的原因有两点：1.最后得到的目标产物是一种对称结构，具有较好的热稳定性；2.作为一种富氮杂环，可以
有效降低产物中磷的含量，进一步提高热稳定性。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：
[0026](1)本专利技术合成的一种基于2,4,6
‑
三氨基嘧啶的阻燃剂比传统卤素阻燃剂环保，无污染，无腐蚀性气体产生，反应条件易控制，反应过程无危险产物生成，阻燃效率更高。
[0027](2)本专利技术的阻燃环氧树脂可根据阻燃要求的不同，通过改变阻燃剂添加量，制备得到不同情况下使用的阻燃环氧树脂，有利于节省成本。
[0028](3)本专利技术的阻燃剂包含的
‑
NH
‑
化学键能与环氧树脂的环氧基反应，与环氧树脂有很好的结合性，且阻燃剂的结构中有较高的磷含量和较多的芳构型碳，阻燃剂的对称结构使其具有更高的热稳定性。
[0029](4)本专利技术合成的阻燃环氧树脂过程设备简单，步骤简单，无高温高压，制备过程安全，原料无有害物质，工业化生产价值高。
[0030](5)本专利技术合成的阻燃环氧树脂由于具有多苯环的刚性结构，其力学性能相较于纯树脂有很大提高。在低添加量下，TBD可以催化环氧树脂的固化反应，从而提高交联密度，提高环氧树脂的力学性能。
附图说明
[0031]图1为对比例1制备所得的纯环氧树脂EP锥形量热后的残碳拉曼光谱图。
[0032]图2为实施例4制备的阻燃环氧树脂EP/TBD锥形量热后的残碳拉曼光谱图。
[0033]图3为对比例1制备所得的纯环氧树脂EP锥形量热测试后的数码照片图。
[0034]图4为实施例4制备的阻燃环氧树脂EP/TBD锥形量热测试后的数码照片图。
[0035]图5为对比例1制备所得的纯环氧树脂EP锥形量热测试后的残碳扫描电镜图。
[0036]图6为实施例4制备的阻燃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反应型阻燃剂，其特征在于，具有如下的化学结构式：2.权利要求1所述一种反应型阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将2,4,6
‑
三氨基嘧啶和苯甲醛溶解在有机溶剂中，在80～100℃下搅拌反应4～6h，得到均匀淡黄色液体；(2)待步骤(1)反应体系冷却至室温后，加入DOPO并升温至120～140℃搅拌反应3～5h，得到均匀橘红色液体；(3)将步骤(2)中得到的橘红色液体减压蒸馏，得到淡黄色粉末固体；(4)将步骤(3)中淡黄色粉末真空干燥，除去剩余的有机溶剂，即得到所述反应型阻燃剂。3.根据权利要求2所述的一种反应型阻燃剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述2,4,6
‑
三氨基嘧啶和苯甲醛与步骤(2)所述DOPO的摩尔比为1:2.8～3.2:2.9～3.1。4.根据权利要求2或3所述的一种反应型阻燃剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述真空干燥的温度为100～110℃，真空干燥的时间为10～12h。5.根据权利要求4所述的种反应型阻燃剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述减压蒸馏的方式为：采用旋转蒸发仪，在125℃下以80rpm的旋转速度蒸发。6.根据权利要求5所述的种反应型阻燃剂的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡浩鹏，李伯伦，黄欣，茆阳雯，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：