一种增强力学性能阻燃环氧树脂材料的制备方法技术

本发明专利技术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(CO2P)分别降低了39.1％、35.5％、25.4％、30.8％、14.3％和63.9％。14.3％和63.9％。14.3％和63.9％。

【技术实现步骤摘要】
一种增强力学性能阻燃环氧树脂材料的制备方法


[0001]本专利技术属于阻燃材料
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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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

[0004]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，本专利技术提供了一种增强力学性能阻燃环氧树脂材料的制备方法。
[0005]本专利技术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：
[0006]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；
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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％。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0013]本专利技术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。本专利技术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％。
附图说明
[0014]图1.为本专利技术增强环氧树脂材料力学性能阻燃剂CEPPA
‑
AO的红外光谱图；
[0015]图2.为本专利技术的增强环氧树脂材料力学性能阻燃剂CEPPA
‑
AO的X射线粉末衍射图；
[0016]图3.为本专利技术的增强力学性能阻燃环氧树脂的总热释放量图；
[0017]图4.为本专利技术的增强力学性能阻燃环氧树脂的峰值热释放速率图；
[0018]图5..为本专利技术的增强力学性能阻燃环氧树脂的烟热释放速率图；
[0019]图6为本专利技术的增强力学性能阻燃环氧树脂的总烟释放量图；
[0020]图7.为本专利技术的增强力学性能阻燃环氧树脂的一氧化碳释放速率图；
[0021]图8.为本专利技术的增强力学性能阻燃环氧树脂的二氧化碳释放速率图；
[0022]图9.为本专利技术的增强力学性能阻燃环氧树脂的机械性能图；
[0023]图10.为本专利技术的增强力学性能阻燃环氧树脂的极限氧指数图。
具体实施方式
[0024]下面通过具体实施例对本专利技术增强环氧树脂材料力学性能阻燃剂及本征阻燃环氧树脂的制备、性能做进一步说明。
[0025]实施例1
[0026]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：
[0027]S1.增强环氧树脂材料力学性能阻燃剂的制备：
[0028]将0.5095g纳米氧化铝在水中静置10min后，转移至带有加热装置的三颈烧瓶中，30℃下搅拌10min，再加入3.2124g的2
‑
羧乙基苯基次膦酸，于50℃下回流24h，经静置、过滤、洗涤、干燥后得到增强环氧树脂材料力学性能阻燃剂CEPPA
‑
AO。
[0029]S2.增强力学性能阻燃环氧树脂的制备：
[0030]将2.7g CEPPA
‑
AO分散在25mL无水乙醇中，取25.47g双酚A型环氧树脂和1.83g二乙烯三胺依次加入，混合液在60℃水浴下真空搅拌脱气泡。待溶剂完全蒸发后，快速将反应产物倾倒在模具中，60℃下预固化3h后，升温至180℃固化4h，得到增强力学性能阻燃环氧树脂材料EP
‑
1。
[0031]实施例2
[0032]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：
[0033]S1.增强环氧树脂材料力学性能阻燃剂的制备：同实施例1。
[0034]S2.增强力学性能阻燃环氧树脂的制备：
[0035]将3.9g阻燃剂分散在25mL无水乙醇中，取24.29g双酚A型环氧树脂和1.81g二乙烯三胺依次加入，混合液在60℃水浴下真空搅拌脱气泡。待溶剂完全蒸发后，快速将反应产物倾倒在模具中，60℃下预固化3h后，升温至180℃固化4h，得到增强力学性能阻燃环氧树脂材料EP
‑
2。
[0036]实施例3
[0037]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：
[0038]S1.增强环氧树脂材料力学性能阻燃剂的制备：同实施例1。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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：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；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。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...

【专利技术属性】
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，
申请(专利权)人：兰州市消防救援支队福建师范大学泉港石化研究院，
类型：发明
国别省市：