高等学校化学学报 ›› 2019, Vol. 40 ›› Issue (12): 2615.doi: 10.7503/cjcu20190257
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收稿日期:
2019-05-06
出版日期:
2019-12-04
发布日期:
2019-12-04
通讯作者:
李晓丽
E-mail:lixiaoli0903@163.com
基金资助:
Minwen JIANG1,Chenhui YIN1,Sheng LI2,Xiaoli LI1,*()
Received:
2019-05-06
Online:
2019-12-04
Published:
2019-12-04
Contact:
Xiaoli LI
E-mail:lixiaoli0903@163.com
Supported by:
摘要:
通过取代反应、 缩合反应和加成反应等合成了一种无机-有机杂化大分子阻燃剂 六-[4-(N-苯基氨基-DOPO-次甲基)苯氧基]环三磷腈(DOPO-PCP), 并利用傅里叶变换红外光谱、 1H和 31P核磁共振波谱对其进行结构表征. 将DOPO-PCP用于环氧树脂(DGEBA)阻燃, 得到环氧树脂阻燃固化物, 通过极限氧指数(LOI)、 垂直燃烧测试(UL-94)、 热重分析与锥形量热(Cone)测试等对阻燃环氧树脂固化物的热稳定性及燃烧性能进行分析; 利用扫描电子显微镜及Mapping观察并分析了燃烧碳层的形貌与元素分布. 研究结果表明, 产物的结构符合设计的DOPO-PCP分子结构; 当DOPO-PCP在DGEBA中添加量(质量分数)达12.2%时, 磷含量为1.3%, 制得的阻燃环氧树脂固化物垂直燃烧测试通过UL-94 V-0级, LOI值为36.2%; Cone测试结果表明, DOPO-PCP的添加有效降低了DGEBA燃烧时热量与烟气的释放, 且在高温下碳残余量显著增加. 研究表明DOPO-PCP兼具气相和凝固相阻燃机理, 对DGEBA有良好的阻燃性能.
中图分类号:
TrendMD:
江民文,尹晨辉,李胜,李晓丽. 环三磷腈-DOPO大分子阻燃剂的合成及阻燃环氧树脂性能. 高等学校化学学报, 2019, 40(12): 2615.
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Sample | m(DGEBA)/g | m(DDS)/g | m(DOPO-PCP)/g | w(DOPO-PCP)(%) | w(P)(%) | LOI(%) | UL-94 rating | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
3.0 mm | Dripping | |||||||
DGEBA | 100 | 31 | 0 | 0 | 0 | 21.7 | Fail | NO |
P-1.0 | 100 | 31 | 13.5 | 9.3 | 1.0 | 35.4 | V-1 | NO |
P-1.1 | 100 | 31 | 15.0 | 10.3 | 1.1 | 35.5 | V-1 | NO |
P-1.2 | 100 | 31 | 16.6 | 11.2 | 1.2 | 35.8 | V-1 | NO |
P-1.3 | 100 | 31 | 18.1 | 12.1 | 1.3 | 36.2 | V-0 | NO |
Table 1 Formulations and flame retardancy for epoxy resins thermosets
Sample | m(DGEBA)/g | m(DDS)/g | m(DOPO-PCP)/g | w(DOPO-PCP)(%) | w(P)(%) | LOI(%) | UL-94 rating | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
3.0 mm | Dripping | |||||||
DGEBA | 100 | 31 | 0 | 0 | 0 | 21.7 | Fail | NO |
P-1.0 | 100 | 31 | 13.5 | 9.3 | 1.0 | 35.4 | V-1 | NO |
P-1.1 | 100 | 31 | 15.0 | 10.3 | 1.1 | 35.5 | V-1 | NO |
P-1.2 | 100 | 31 | 16.6 | 11.2 | 1.2 | 35.8 | V-1 | NO |
P-1.3 | 100 | 31 | 18.1 | 12.1 | 1.3 | 36.2 | V-0 | NO |
Sample | Rpeak 1/Tpeak 1 (%·min-1/℃) | Rpeak 2/Tpeak 2 (%·min-1/℃) | Mass fraction at 700 ℃(%) | ||
---|---|---|---|---|---|
DOPO-PCP | 246.6 | 287.1 | 3.01/303.3 | 468.9 | 46.1 |
DGEBA | 350.4 | 385.4 | 20.87/418.8 | | 15.4 |
P-1.3 | 277.5 | 338.7 | 13.93/387.3 | | 28.2 |
Table 2 Thermal degradation data of DOPO-PCP, DGEBA and P-1.3
Sample | Rpeak 1/Tpeak 1 (%·min-1/℃) | Rpeak 2/Tpeak 2 (%·min-1/℃) | Mass fraction at 700 ℃(%) | ||
---|---|---|---|---|---|
DOPO-PCP | 246.6 | 287.1 | 3.01/303.3 | 468.9 | 46.1 |
DGEBA | 350.4 | 385.4 | 20.87/418.8 | | 15.4 |
P-1.3 | 277.5 | 338.7 | 13.93/387.3 | | 28.2 |
Sample | DGEBA | P-1.3 |
---|---|---|
TTI/s | 63 | 51 |
Av-EHC/(MJ·kg-1) | 24.43 | 17.93 |
Peak 1-HRR/(kW·m-2) | 857.9 | 252.4 |
tPeak 1-HRR/s | 120 | 60 |
Peak 2-HRR/(kW·m-2) | | 352.1 |
tPeak 2-HRR/s | | 185 |
THR/(MJ·m-2) | 93.0 | 51.1 |
Peak 1-SPR/(m2·s-1) | 0.36 | 0.20 |
tPeak 1-SPR/s | 115 | 60 |
Peak 2-SPR/(m2·s-1) | | 0.19 |
tPeak 2-SPR/s | | 170 |
TSP/(m2·kg-1) | 36.85 | 26.14 |
Table 3 Cone calorimeter data forDGEBA and P-1.3
Sample | DGEBA | P-1.3 |
---|---|---|
TTI/s | 63 | 51 |
Av-EHC/(MJ·kg-1) | 24.43 | 17.93 |
Peak 1-HRR/(kW·m-2) | 857.9 | 252.4 |
tPeak 1-HRR/s | 120 | 60 |
Peak 2-HRR/(kW·m-2) | | 352.1 |
tPeak 2-HRR/s | | 185 |
THR/(MJ·m-2) | 93.0 | 51.1 |
Peak 1-SPR/(m2·s-1) | 0.36 | 0.20 |
tPeak 1-SPR/s | 115 | 60 |
Peak 2-SPR/(m2·s-1) | | 0.19 |
tPeak 2-SPR/s | | 170 |
TSP/(m2·kg-1) | 36.85 | 26.14 |
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