[發明專利]一種增韌?阻燃型環氧樹脂材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610214793.6
• 申請日: 2016-04-08
• 公開（公告）號: CN105694370B
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 趙春霞;李云濤;何達
• 申請（專利權）人: 四川天策聚材科技有限公司
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08K9/10;C08K3/32;C08K5/3492;C08K7/24
• 代理公司: 北京中索知識產權代理有限公司11640
• 代理人: 黃山

技術領域

本發明涉及一種增韌-阻燃型環氧樹脂材料及其制備方法，屬于復合材料及其制備領域。

背景技術

環氧樹脂作為最常用的熱固性塑料的一種，具有良好的機械性能、電學性能、粘接性能和耐化學腐蝕性等。以膠粘劑、涂料、密封劑、灌封材料和復合材料等形式廣泛應用與機械制造、電子電氣、航空航天和風力發電等領域。然而，隨著交聯密度的增加，韌性差成為了環氧樹脂致命的缺陷。同時，環氧樹脂的極限氧指數(LOI)為19.8左右，在空氣中極易燃燒，并且燃燒時伴隨大量黑色的濃煙和有毒氣體，嚴重危害人體健康和生態環境。其脆性和易燃性很大程度地限制了環氧樹脂在風電領域的應用。對環氧樹脂的增韌和阻燃改性研究有著很深的實際意義。

目前，對環氧樹脂阻燃改性最主要有添加型和反應性阻燃改性兩種方法。其中，添加型阻燃改性由于工藝操作簡單，制造成本低廉，工業上得到更為廣泛的應用(EP20120726410，US11340638，CN201310245425.4)。添加新阻燃劑主要有鹵素阻燃劑、磷系阻燃劑、氮系阻燃劑等。鹵素阻燃劑由于添加量少、阻燃效率高對基體力學性能影響小，在阻燃劑中占絕對優勢，但其存在嚴重的缺點，它在燃燒過程中會產生大量的煙和有毒氣體。在2006年7月歐盟實施的《RoHS指令》限制了多種鹵素阻燃劑的應用，為高效無鹵阻燃劑的設計和制備提供了機遇和挑戰。我國2007年實施的《公共場所阻燃制品及組件要求及標識》對材料阻燃性能提出了更高的要求。因此，對熱固性樹脂高效無鹵阻燃研究具有迫切的現實意義和市場需求。聚磷酸銨(APP)是一種氮磷復合型高效無鹵膨脹型阻燃劑(IFR)，無毒無味，不產生腐蝕性氣體，含磷量高達30％～32％，含氮量為14％～16％，具有良好的阻燃效果(Polymer Degradation and Stability,2009,94:625–631.)，已被廣泛應用于高分子材料的阻燃改性。但由于其與高聚物相容性差和吸濕性強，限制了其在環氧樹脂中的使用，而且傳統的物理添加改性，往往因為阻燃劑的引入而降低樹脂的成型性能、力學性能以及粘接性能。

環氧樹脂常用的增韌的方法有橡膠增韌(Journal of Materials Science,2007,42(9):3215-3222.)、熱塑性樹脂增韌(Journal of Materials Science,2006,41(17):5467-5479.)、互穿網絡聚合物增韌(International Journal of Polymeric Materials,2008,57(4):319-337)、剛性粒子增(Ultrasonics Sonochemistry.2011,18(1):120-126.)、核殼聚合物增韌等(Journal of Materials Science&Technology，2004，20(5):522-526.)。橡膠與環氧基體的相容性好，價格低，來源廣泛，目前應用較多，但是由于固化過程中橡膠粒子存在的相分離不完全會使基體的耐熱性和力學性能降低。熱塑性樹脂和有機硅樹脂增韌環氧時，大多需要用強極性溶劑才能使其溶解于環氧基體中，且粘度很大，成型工藝較為復雜。由于剛性粒會發生塑性變形，吸收大量的沖擊能量，有很好的抗沖擊性能，但添加量略大時，會使材料的彈性模量大幅降低且剛性粒子與環氧基體的界面相容性不理想。核殼聚合物在環氧增韌改性方面已經取得了顯著的成就，通過改變核殼粒子的尺寸和組成，使核與殼分別具有不同的功能，能夠有效減少環氧樹脂的內應力，提高粘結強度和沖擊性，其韌性與液體橡膠相比已達到甚至超越液體橡膠增韌效果，同時對于基體Tg和機械性能沒有明顯的下降(Polymer,1999,40:2249-2261.)。從而核殼聚合物為環氧增韌開辟了一種嶄新的途徑。

研究工作者們對環氧樹脂的阻燃改性和增韌改性均傾注了大量心血，但是單一性能的提高已難以滿足應用領域對材料綜合性能的要求。尋求一種既能達到良好阻燃效果，又能賦予材料良好韌性的阻燃材料，必會成為環氧樹脂基復合材料的重大突破。本發明采用磷氮型高效無鹵阻燃劑為核、聚合物交聯網絡結構為殼層的阻燃型微膠囊，加上亞微米尺寸的膨脹石墨協同對環氧樹脂進行增韌-阻燃改性，制備新型環氧樹脂材料。這一研究方法和實驗結果可為其它熱固性樹脂多重性能的提高提供理論借鑒和思維方法。

發明內容

為了實現環氧樹脂多重性能的同步提高，本發明的目的在于提供一種增韌-阻燃型環氧樹脂復合材料。

本發明的另一目的是提供這種增韌-阻燃型環氧樹脂材料的制備方法。