一种增强力学性能阻燃环氧树脂材料的制备方法

本发明属于阻燃材料和高分子材料，涉及环氧树脂材料，具体涉及一种增强力学性能阻燃环氧树脂材料的制备方法。

背景技术：

1、环氧树脂(ep)是指分子中含有两个及以上环氧基团的一类聚合物的统称，是由环氧氯丙烷与双酚a或多元醇反应获得的缩聚产物。ep同样是一种反应中间体，因为其中的环氧基具有化学活性，可用多种含有活泼氢的化合物使其开环，通过固化或者交联形成稳定的三维网状结构。目前，ep是应用最为广泛的热固性树脂之一，因其具有粘结力大、收缩率小、耐腐蚀性好、耐久性好、易于改性和原料易得等优点，而被广泛应用于电气设备、建筑行业和运输等领域，拥有广阔的市场前景。但是，ep在促进社会生产力进步和经济发展的同时，其自身的易燃性严重威胁着人们的生命和财产安全，因此，消除这一安全隐患是确保ep材料安全使用的前提。

2、阻燃剂是赋予易燃聚合物难燃性的功能助剂，旨在解决高分子材料的易燃性问题。近年来，一些无机纳米粒子填料(如二氧化硅、碳化硅、二氧化钛、氧化铝、氢氧化铝、铝酸盐和滑石)用于提高环氧树脂的阻燃性能。氧化铝具有催化作用，可以促进有机酸的脱水；氧化铝不易燃并且具有高熔点；氧化铝在树脂基体中具有良好的热导率和碳单元交联作用，形成的阻隔层能够防止挥发性组分在燃烧过程中的扩散。然而，无机纳米粒子具有很大的表面积和表面极性，高极性表面使得颗粒易于团聚，导致材料机械性能恶化。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的上述缺陷，为了增加纳米颗粒与聚合物基体之间的相容性，对纳米金属氧化物颗粒进行表面修饰，改善其分散性和相容性，本发明提供了一种增强力学性能阻燃环氧树脂材料的制备方法。

2、本发明采用的技术方案如下：一种增强力学性能阻燃环氧树脂材料的制备方法，具体包括以下步骤：

3、s1.阻燃剂的制备:采用还原性酸对金属氧化物颗粒进行表面改性，得增强环氧树脂材料力学性能的阻燃剂；

4、s2.阻燃环氧树脂的制备:将聚磷酸铵、s1所得阻燃剂分散在无水乙醇中，加入混合均匀的双酚a型环氧单体和固化剂二乙烯三胺，60～80℃水浴中真空搅拌抽出气泡，60～80℃下预固化1～5h、100～180℃下固化3～8h，即得增强力学性能阻燃环氧树脂材料。

5、优选的，s1中，取金属氧化物在水中静置10～60min后，在30～120℃条件下搅拌10～60min，加入还原性酸，于50～150℃下回流4～24h，经静置、过滤、洗涤、干燥所得。

6、其中，s1中，还原性酸为2-羧乙基苯基次膦酸、亚磷酸、甲基磷酸、苯基膦酸中的任意一种。

7、优选的，s1中，金属氧化物为粒径10～50nm的氧化铝；还原性酸与金属氧化物的摩尔比为2:1～3:1。

8、优选的，s2中，阻燃剂为双酚a型环氧树脂质量的5～30％；固化剂二乙烯三胺为双酚a型环氧树脂质量的6～10％；聚磷酸铵的用量为双酚a型环氧树脂质量的0～21％。

9、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

10、本发明利用还原性酸对纳米氧化物进行表面改性，得到增强环氧树脂材料力学性能阻燃剂，其与环氧树脂单体经交联固化后得到本征阻燃环氧树脂。本发明阻燃剂的引入一方面大幅提高了新合成环氧树脂的力学性能，与纯环氧树脂相比，弯曲强度和弯曲模量分别提升了186.0％和131.0％。另一方面，环氧树脂的阻燃性能有明显提高，峰值热释放速率(phrr)、总热释放量(thr)、烟释放速率(spr)、总烟生成量(tsp)、一氧化碳释放速率(pcop)和二氧化碳释放速率(co2p)分别降低了39.1％、35.5％、25.4％、30.8％、14.3％和63.9％。

技术特征：

1.一种增强力学性能阻燃环氧树脂材料的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种增强力学性能阻燃环氧树脂材料的制备方法，其特征在于：s1中，取金属氧化物在水中静置10～60min后，在30～120℃条件下搅拌10～60min，加入还原性酸，于50～150℃下回流4～24h，经静置、过滤、洗涤、干燥所得。

3.根据权利要求1或2所述的一种增强力学性能阻燃环氧树脂材料的制备方法，其特征在于：s1中，还原性酸为2-羧乙基苯基次膦酸、亚磷酸、甲基磷酸、苯基膦酸中的任意一种。

4.根据权利要求3所述的一种增强力学性能阻燃环氧树脂材料的制备方法，其特征在于：s1中，金属氧化物为粒径10～50nm的氧化铝。

5.根据权利要求1、2或4所述的一种增强力学性能阻燃环氧树脂材料的制备方法，其特征在于：s1中，还原性酸与金属氧化物的摩尔比为2:1～3:1。

6.根据权利要求5所述的一种增强力学性能阻燃环氧树脂材料的制备方法，其特征在于：s2中，阻燃剂为双酚a型环氧树脂质量的5～30％。

7.根据权利要求1或6所述的一种增强力学性能阻燃环氧树脂材料的制备方法，其特征在于：s2中，固化剂二乙烯三胺为双酚a型环氧树脂质量的6～10％。

8.根据权利要求7所述的一种增强力学性能阻燃环氧树脂材料的制备方法，其特征在于：s2中，聚磷酸铵的用量为双酚a型环氧树脂质量的0～21％。

技术总结
本发明公开了一种增强力学性能阻燃环氧树脂材料的制备方法，利用还原性酸对纳米氧化物进行表面改性，得到增强环氧树脂材料力学性能阻燃剂，其与环氧树脂单体经交联固化后得到本征阻燃环氧树脂。阻燃剂的引入一方面大幅提高了新合成环氧树脂的力学性能，与纯环氧树脂相比，其弯曲强度和弯曲模量分别提升了186.0％和131.0％。另一方面，环氧树脂的阻燃性能有明显提高，峰值热释放速率(pHRR)、总热释放量(THR)、烟释放速率(SPR)、总烟生成量(TSP)、一氧化碳释放速率(pCOP)和二氧化碳释放速率(CO<subgt;2</subgt;P)分别降低了39.1％、35.5％、25.4％、30.8％、14.3％和63.9％。

技术研发人员：雷自强,李晴,管洁,刘宗宏,陈登龙,陈正鹏,李兴尧,丁浩,何鑫,曹争帅,杨志旺,杨尧霞,曾巍,刘金玲
受保护的技术使用者：西北师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12