摘要
环氧树脂（EP）性能优异，因而在众多领域的应用中占有着重要地位。然而，环氧树脂的本质缺点——易燃性对其在多领域的深入应用造成了极大限制，因此，阻燃改性对解决这一问题有着重要意义。近年来，现代社会对化石能源的需求不断增加，导致石油资源的储存逐渐减少，而可再生生物基材料的开发正符合了绿色发展理念。因此，采用生物基材料来开发新型阻燃剂成为了当前的研究重点。 本文先设计合成了一种含磷氮生物基阻燃剂VFD应用于胺固化环氧体系。之后为了提高环氧体系的耐热性并保持其良好工艺性，设计合成了一种含磷氮生物基苯并噁嗪SFD-BOZ应用于酸酐固化环氧体系。通过傅立叶变换红外光谱（FTIR）和核磁共振波谱（NMR）对阻燃剂的化学结构进行表征，同时采用非等温差示扫描量热（DSC）、热重（TGA）、垂直燃烧（UL-94）、极限氧指数（LOI）、锥形量热（CC）、动态热机械（DMA）以及拉伸和弯曲测试等手段系统研究了两种阻燃剂对两种环氧固化体系固化行为、热性能、阻燃性能和机械性能等的影响，并对两者的阻燃机理进行了探讨和总结。主要结果如下： （1）以香草醛（VN）、糠胺（FA）和9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物（DOPO）为原料制备出一种生物基反应型阻燃剂VFD，并将其作为共固化剂应用到环氧/4,4’-二氨基二苯甲烷（DDM）固化体系中。结果表明，VFD的加入提高了环氧体系的固化活性。此外，VFD的加入虽然降低了EP的分解温度，但却提高了EP在高温下的残炭，并对EP的阻燃性能有显著改善。当VFD的含量为7.5wt%（磷含量仅为0.52wt%）时，EP/VFD-7.5样品的LOI值从纯EP的25.8%提高到了34.5%，并达到UL-94V-0级，其热释放速率峰值（PHRR）也下降了28%。对残炭和热解产物的分析证实，VFD可以在凝聚相起到覆盖作用，在气相起到自由基猝灭和稀释作用。尽管VFD的引入降低了EP的玻璃化转变温度（Tg），但却使其机械性能得到显著增强。 （2）以水杨醛（SA）、FA、DOPO和多聚甲醛为原料制备出生物基苯并噁嗪SFD-BOZ，将其作为添加型阻燃剂应用于环氧/甲基四氢邻苯二甲酸酐（MeTHPA）体系中。研究表明，SFD-BOZ的加入对环氧/MeTHPA体系的固化活性没有明显影响，但MeTHPA却催化了SFD-BOZ自聚体系的开环。此外，SFD-BOZ的加入虽然降低了EP的分解温度，但也提高了其残炭率和阻燃性能。当EP中的磷含量为1.5wt%（SFD-BOZ含量为20.7wt%）时，EP-1.5样品的LOI值从纯EP的20.0%显著提高到了35.2%，并通过UL-94V-0级，且其PHRR、总热释放（THR）和总生烟量（TSP）相应下降了53%、36%和45%。对残炭和热解产物的分析证实，SFD-BOZ在凝聚相和气相中均有优异的阻燃性。此外，SFD-BOZ的引入同时提高了EP的Tg和机械性能。
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