一种富氟阻燃剂及其制备方法和该富氟阻燃剂改性的阻燃环氧树脂技术

本发明专利技术公开了一种富氟阻燃剂及其制备方法和该富氟阻燃剂改性的阻燃环氧树脂，其中富氟阻燃剂的化学结构式如下式所示。该富氟阻燃剂特殊的分子结构使其在树脂基体中易于组装形成以含氟短链为核、DOPO为壳的结构，对基体具有纳米增强的作用；该富氟阻燃剂在环氧树脂中还可进行迁移，使得环氧树脂在使用过程中表现出更加长久、优异的阻燃性能与疏水性能。

【技术实现步骤摘要】
一种富氟阻燃剂及其制备方法和该富氟阻燃剂改性的阻燃环氧树脂
本专利技术属于有机阻燃剂
，具体涉及一种富氟阻燃剂及其制备方法和该富氟阻燃剂改性的阻燃环氧树脂。
技术介绍
环氧树脂因其优异的粘结性能、力学性能和化学性能稳定的特点，被广泛地应用在国民生活与生产的方方面面中，但是由于环氧树脂具有易燃的特点，一旦发生火灾会迅速蔓延，对国民的经济与生命安全造成了很大的威胁，因此，对环氧树脂进行阻燃改性是一项十分重要的工作。磷系阻燃剂目前被认为是一类较为高效环保的阻燃剂，中国专利申请CN201710119987.2公开了一种含氟的9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)衍生物阻燃剂，作为反应型或添加型阻燃剂，可以在提高材料阻燃性能的同时不影响其力学性能。然而，与大多数阻燃剂相同，现有的阻燃剂的功能较为单一，仅仅只能提高材料的阻燃性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种富氟阻燃剂及其制备方法和该富氟阻燃剂改性的阻燃环氧树脂，富氟阻燃剂为含有氟、磷两种元素的化合物，具有热稳定性好、低表面能和可迁移等特点，同时还具有一定的阻燃性能，用于改性环氧树脂，不仅能提高环氧树脂的阻燃性能，还能提高其热稳定性和疏水性，使复合材料具有多功能化的特点。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之一是：一种富氟阻燃剂，其化学结构式如下式所示：本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之二是：上述富氟阻燃剂的制备方法，其合成路线如下式所示：具体步骤包括：依次往反应容器中加入2-全氟辛基乙醇、DOPO、第一溶剂和第二溶剂，在-5～5℃搅拌下向反应容器中滴入三乙胺，随后室温反应4～24h，将反应液除去溶剂，将所得粗产物溶于第三溶剂中，用水萃取3～5次，取有机相除去溶剂，即为所述富氟阻燃剂。一实施例中：所述2-全氟辛基乙醇、DOPO和三乙胺的摩尔比为1：0.1～10：0.1～10；所述2-全氟辛基乙醇、第一溶剂和第二溶剂的质量比为1：2～200：2～200。一实施例中：所述第一溶剂为四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、甲苯中的至少一种；所述第二溶剂为四氯化碳、氯仿中的至少一种；所述第三溶剂为二氯甲烷、氯仿、乙酸乙酯中的至少一种。一实施例中：所述有机相除去溶剂，然后在55～65℃真空干燥22～26h，即得所述富氟阻燃剂。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之三是：一种上述富氟阻燃剂改性的阻燃环氧树脂，所述阻燃环氧树脂包括环氧树脂预聚体、所述富氟阻燃剂及固化剂，所述富氟阻燃剂为所述环氧树脂预聚体的0.1～50wt％。一实施例中：将富氟阻燃剂以共混的方式引入环氧树脂中，制备阻燃环氧树脂。一实施例中：所述环氧树脂预聚体为E51双酚A型环氧树脂。一实施例中：所述固化剂为4,4-二氨基二苯甲烷(DDM)。一实施例中：所述环氧树脂预聚体与固化剂的质量比为3～5：1。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之四是：所述阻燃环氧树脂的制备方法包括：取所述环氧树脂预聚体，60～140℃下加入所述富氟阻燃剂，搅拌至透明，接着加入所述固化剂，完全溶解后，依次在110～130℃固化3～5h、130～150℃固化1～3h、170～190℃固化1～3h，得到阻燃性环氧树脂。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术的低表面能阻燃环氧树脂，树脂基体中同时含有磷和氟两种阻燃元素，在实际应用中二者不仅能发挥各自的阻燃优势，还具有协同阻燃的作用，使所得阻燃环氧树脂具有热稳定性好、阻燃性能优异的特点。2、本专利技术所设计的富氟阻燃剂分子结构一端为DOPO，在环氧树脂中相容性好，另一端为全氟的短链段，在环氧树脂中相容性差，这种特殊的结构使其在环氧树脂中倾向于自组装形成以含氟短链为核、DOPO为壳的纳米结构(图1)，对环氧树脂基体具有纳米增强的作用，使所得的阻燃环氧树脂具有较好的机械性能。3、本专利技术的富氟阻燃剂，分子中含有大量的氟元素，使所得低表面能阻燃树脂基体具有一定的疏水性，降低对水的吸收。更重要的是，含有氟的分子在环氧树脂中，随着时间可缓慢向树脂的表面进行迁移，树脂基体经过热处理还可加速其迁移速度。该阻燃剂迁移至树脂基体表面(图1)，可以进一步降低树脂基体表面的表面能，提高疏水性；富氟阻燃剂经过迁移聚集在树脂基体表面，相当于基体表面的阻燃剂浓度提高，在燃烧过程中基体表面会形成更难燃的碳层，阻止火焰进一步向基体内部燃烧，起到更好的保护作用。因此该阻燃剂与普通的阻燃剂相比，在长远实际应用中更有优势，其阻燃性能会随时间变化而提高。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1为富氟阻燃剂在环氧树脂中的自组装过程与迁移机理图。图2为实施例1中富氟阻燃剂的核磁共振氢谱图。图3为实施例1中阻燃环氧树脂热处理前(左)、后(右)的水接触角图。图4为实施例1中富氟阻燃剂在环氧树脂中的自组装后刻蚀的电镜图。具体实施方式以下通过具体实施方式结合附图对本专利技术的技术方案进行进一步的说明和描述下述实施例中，环氧树脂预聚体为E51双酚A型环氧树脂。实施例1(1)制备富氟阻燃剂：依次往反应瓶中加入5.12g(40.76mmol)2-全氟辛基乙醇、2.0g(37.04mmol)DOPO、20mL四氢呋喃和10mL四氯化碳，在冰浴搅拌下恒压滴液漏斗缓慢向反应瓶中滴入1.22g(48.16mmol)三乙胺，随后室温反应12h，接着旋蒸除去反应溶剂，用二氯甲烷溶解所得粗产物，用水萃取3～5次，取有机层旋蒸除去溶剂，产物在60℃下干燥24h，即得所述富氟阻燃剂。(2)制备环氧树脂：称取环氧树脂预聚体20g，升温至100℃，加入10wt％富氟阻燃剂，搅拌至透明，接着加入固化剂4，4-二氨基二苯甲烷(DDM)5g直至完全溶解，然后倒入铝制模具中，依次在120℃固化4h、140℃固化2h、180℃固化2h，得到阻燃性环氧树脂。根据GB/T2406-2009测得环氧树脂的氧指数为30.1％。为了测试富氟阻燃剂的迁移性能，我们将所得阻燃环氧树脂置于120℃烘箱中处理24h，并测量了热处理前后的水接触角，如图3所示，阻燃环氧树脂的水接触角从75.8°提高到90.7°，疏水性增大。实施例2(1)制备富氟阻燃剂：依次往反应瓶中加入5.12g(40.76mmol)2-全氟辛基乙醇、2.0g(37.04mmol)DOPO、20mL四氢呋喃和10mL四氯化碳，在冰浴搅拌下恒压滴液漏斗缓慢向反应瓶中滴入1.22g(48.16mmol)三乙胺，随后室温反应6h，接着旋蒸除去反应溶剂，用二氯甲烷溶解所得粗产物，用水萃取3～5次，取有机层旋蒸除去溶剂，产物在60℃下干燥24h，即得所述富氟阻燃剂。(2)制备环氧树脂：称取环氧树脂预聚体20g，升温至100℃，加入10wt％富氟阻燃剂，搅拌至透明，接着按化学计量比加入固化剂4，4-二氨基二苯甲烷5g直至完全溶解，然后倒入铝制模具中，依次在120℃固化4h、140℃固化2h、180℃固化2h，得到阻燃性环氧树脂。根据GB/T2406-2009测得环氧树脂的氧指数为30.1％。实施例3(1)制备富氟阻燃剂：依次往反应瓶中加入5.12g(40.76mmol)2-全氟辛基乙醇、2.0g(37.04mmol)DOPO、20mL四氢呋喃和10mL四氯化碳，在冰浴搅拌下恒压滴液漏斗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种富氟阻燃剂，其特征在于：所述富氟阻燃剂如下式所示：

【技术特征摘要】
1.一种富氟阻燃剂，其特征在于：所述富氟阻燃剂如下式所示：2.一种权利要求1所述的富氟阻燃剂的制备方法，其特征在于：依次往反应容器中加入2-全氟辛基乙醇、DOPO、第一溶剂和第二溶剂，在-5～5℃搅拌下向反应容器中滴入三乙胺，室温反应4～24h，反应液除去溶剂，将所得粗产物溶于第三溶剂中，用水萃取3～5次，取有机相除去溶剂，即为所述富氟阻燃剂。3.根据权利要求2所述的富氟阻燃剂的制备方法，其特征在于：所述2-全氟辛基乙醇、DOPO和三乙胺的摩尔比为1：0.1～10：0.1～10；所述2-全氟辛基乙醇、第一溶剂和第二溶剂的质量比为1：2～200：2～200。4.根据权利要求2所述的富氟阻燃剂的制备方法，其特征在于：所述第一溶剂为四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、甲苯中的至少一种；所述第二溶剂为四氯化碳、氯仿中的至少一种；所述第三溶剂为二氯甲烷、氯仿、乙酸乙酯中的至少一种。5.根据权利要求2所述的富氟阻燃剂的制备方法，其特征在于：所述有机相除去溶剂，...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴李宗，陈婷，彭超华，吴雯倩，陈国荣，袁丛辉，许一婷，曾碧榕，罗伟昂，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35