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磷腈阻燃环氧树脂的制备及热分解动力学研究

宝冬梅;方丽;文竹;龙高喊;任莹;胡小碧;敖富佳

【摘要】以六氯环三磷腈(HCCP)和对羟基苯甲醛为原料,一步法合成了六(4-醛基

苯氧基)环三磷腈(HAPCP).然后以HAPCP为阻燃剂,将其添加到环氧树脂(EP)中制

备阻燃环氧树脂(FR/EP).最后,通过热重法(TG)和微商热重法(DTG),研究了EP和

FR/EP在氮气气氛下的热分解动力学行为,运用Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法和

Kissinger法求出EP和FR/EP的热分解反应的活化能E和指前因子A,采用

Coast-Redfern法确定了热分解动力学机理函数g(α)和反应级数n.实验结果表明,

相同升温速率下,FR/EP的热分解反应的活化能比EP的低,其活化能和指前因子分

别为Ek(FR/EP)=1.34×105J/mol,EO(FR/EP)=1.38×105J/mol,A(FR-

EP)=1.4×1010min-1,FR/EP的热分解动力学方程为g(α)=1-(1-α)3,反应级数

n=3.

【期刊名称】《功能材料》

【年(卷),期】2018(049)011

【总页数】7页(P11089-11095)

【关键词】磷腈;阻燃;环氧树脂;热分解动力学;阻燃机理

【作者】宝冬梅;方丽;文竹;龙高喊;任莹;胡小碧;敖富佳

【作者单位】贵州民族大学化学工程学院(民族医药学院),贵阳550025;贵州民族

大学化学工程学院(民族医药学院),贵阳550025;贵州民族大学化学工程学院(民族

医药学院),贵阳550025;贵州民族大学化学工程学院(民族医药学院),贵阳550025;

贵州民族大学化学工程学院(民族医药学院),贵阳550025;贵州民族大学化学工程

学院(民族医药学院),贵阳550025;贵州民族大学化学工程学院(民族医药学院),贵

阳550025

【正文语种】中文

【中图分类】O631

0引言

作为3大通用型热固性树脂之一，环氧树脂(EP)具有优异的电绝缘性能、粘结性能、

耐磨性能和化学稳定性，固化收缩率低，易于成型加工，广泛应用于粘合剂、涂料、

电子、航空航天以及工程复合材料等领域[1]。然而，其极限氧指数低(19.8%左右)，

在空气中就能燃烧，且离火后持续燃烧易引发火灾，存在着较大的火灾隐患，进而

威胁人们的生命、财产安全，这极大地限制了其应用[2]。因此，提高和改善EP的

阻燃性能变得十分必要，对于减少火灾、降低火灾危害具有深远的意义[3-4]。

环三磷腈是一类以P、N元素交替排列形成基本骨架的化合物，具有稳定的六元环

共轭结构，因此具有良好的热稳定性；同时具有多侧基易衍生化的特点，其衍生物

兼备无机物和有机物的优异性能，在阻燃领域具有广阔的研究及应用前景[5-8]。

将环三磷腈结构引入环氧树脂体系中，能够得到性能优异的磷腈型阻燃环氧树脂，

具有无卤、低烟、低毒、高阻燃效率等特点，且符合当前环保要求，已越来越被阻

燃界广泛重视[9]。磷腈型阻燃环氧树脂的研究非常活跃，据文献报道，环三磷腈

化合物具有提高残炭率、促进富磷残炭的形成以及改善高分子材料阻燃性能的作用

[10-11]，但环三磷腈化合物阻燃环氧树脂的热解机理和动力学研究较少。本文首

先合成了阻燃剂HAPCP，接着将HAPCP与EP共混制备了FR/EP，然后通过

TG/DTG研究了EP和FR/EP在氮气气氛下的热分解动力学行为，最后采用3种

不同的热分解动力学分析方法(即Kissinger法、FWO法和Coast-Redfern法)进

行计算，获得相应的热分解动力学参数[12]。

1实验

1.1实验试剂和仪器

1.1.1主要试剂

六氯环三磷腈(自制，参照文献[13]方法，熔点112℃)，使用前用正庚烷重结晶后

再减压升华进行精制；对羟基苯甲醛(AR)，国药集团化学试剂有限公司；四氢呋

喃(AR)、无水碳酸钾(AR)、乙酸乙酯(AR)，北京通广精细化工公司；环氧树脂

E51(工业级)，湖南岳阳巴陵石化有限公司；N,N-二甲基苄胺(AR)，上海展云化工

有限公司；甲基四氢苯酐(工业级)，温州清明化工厂。

1.1.2主要仪器

DF-Ⅱ集热式磁力加热搅拌器，金坛市荣华仪器制造有限公司；