[發明專利]一種基于含磷硅酸鎳晶須的阻燃環氧樹脂及制備方法

有效

• 申請號: 202210049049.0
• 申請日: 2022-01-17
• 公開（公告）號: CN114230978B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發明（設計）人: 聶士斌;徐煜軒;楊繼年;戴廣龍;翟文麗
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08K7/10;C08K5/5313;C08K9/12
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本發明提供了一種基于含磷硅酸鎳晶須的阻燃環氧樹脂及制備方法，屬于無鹵阻燃環氧樹脂技術領域，其特征是，包括75.5?77.0％的雙酚A型環氧樹脂、19.5?20.0％的4,4?二氨基二苯甲烷和3.0?5.0％的含磷硅酸鎳晶須；所述的一種含磷硅酸鎳晶須，其特征在于：鎳金屬有機框架(Ni?MOF)、9,10?二氫?9?氧雜?10?磷雜菲?10?氧化物衍生物(DOPO?g?GPTMS)、去離子水的質量比為1：2～2.5：75～150；通過引入含磷硅酸鎳晶須，極大的提高了環氧樹脂復合材料阻燃性能，并且改善了環氧樹脂的抗熔滴性能，拓展了環氧樹脂的應用范圍。同時本發明制備工藝簡單，適合大規模生產。

技術領域

本發明屬于無鹵阻燃環氧樹脂技術領域，具體涉及一種基于含磷硅酸鎳晶須的阻燃環氧樹脂及制備方法。

背景技術

環氧樹脂(EP)是一種常用的熱固性樹脂，具有優異的機械強度，良好的耐腐蝕性能和絕緣性能，廣泛應用于國防軍事和民用工業領域。作為一種高性能聚合物材料，EP被大量應用于制備各類結構件和功能性涂層材料。然而EP極易燃燒，且燃燒過程中釋放大量有毒有害煙氣，并伴隨嚴重的熔融滴落現象，因此嚴重限制了EP在高阻燃需求領域的應用。最初開發出的環氧樹脂阻燃劑為鹵系阻燃劑，具有阻燃效率高、添加量少的特點，但其在阻燃過程中會釋放對環境安全和人體健康有害的鹵化氫氣體。為了替代鹵系阻燃劑，研究者們開發出無鹵阻燃劑，其中最常見的主要為金屬氫氧化物阻燃劑、磷系阻燃劑。根據《聚合物先進技術》(PolymerAdvancedTechnologies，2010,21:1-26)介紹,金屬氫氧化物阻燃劑具有價格低廉、低毒性、低發煙性的特點，然而，為了達到理想的阻燃效果，需要提高其添加量(30wt％左右)，這會嚴重影響復合材料的力學性能。目前，無機納米材料成為阻燃領域的研究熱點，并有望成為未來主流阻燃劑。

層狀硅酸鎳(NiPS)是一種二維無機納米材料，近年來，廣泛應用于催化、超級電容等方面。因其具有層狀結構和含有過度金屬鎳離子，具有一定的片層阻隔和催化炭化的效果，在聚合物阻燃方面具有先天優勢。根據《聚合物研究雜志》(JournalofPolymerResearch,2020,27:274)報道了水熱法制備的NiPS對環氧樹脂阻燃性能的影響的研究，表明當添加量在0-7wt％范圍內，NiPS的引入在一定程度上提高環氧樹脂地極限氧指數(LOI)值，且在垂直燃燒測試(UL-94)過程發現能有效改善EP熔滴現象，但結果均為無等級。為了進一步提高NiPS的阻燃性能，采用有機-無機雜化法，將阻燃元素引入NiPS結構中，將是一個有效且可行的途徑。

發明內容

針對上述問題，本發明提供一種基于含磷硅酸鎳晶須的阻燃環氧樹脂及制備方法。通過構建含磷硅酸鎳晶須阻燃環氧樹脂，在較低添加量下，保證高效阻燃性和抗熔滴性，拓展了環氧樹脂在阻燃領域的應用。

本發明采用以下技術方案：

一種基于含磷硅酸鎳晶須的阻燃環氧樹脂，其特征在于：包括雙酚A型環氧樹脂、4,4-二氨基二苯甲烷和含磷硅酸鎳晶須；所述雙酚A型環氧樹脂的質量濃度為75.5-77.0％、4,4-二氨基二苯甲烷的質量濃度19.5-20.0％和含磷硅酸鎳晶須的質量濃度為3.0-5.0％。

優選地，所述的一種基于含磷硅酸鎳晶須的阻燃環氧樹脂，其特征在于，所述的雙酚A型環氧樹脂和4,4-二氨基二苯基甲烷的質量比為100：25.8。

優選地，所述的一種基于含磷硅酸鎳晶須的阻燃環氧樹脂，其特征在于，含磷硅酸鎳晶須的制備方法包括以下步驟：

首先將9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物衍生物(DOPO-g-GPTMS)超聲處理使其完全溶解于甲醇溶液，然后加入適量去離子水和鎳-金屬有機框架(Ni-MOF)，待其分散均勻后，加入適量的氫氧化鈉溶液，調節懸濁液pH值，隨后超聲分散處理，得到綠色懸濁液，將該綠色懸濁液轉移至聚四氟乙烯高壓反應釜內，在高溫下反應，待反應完成后自然冷卻至室溫，經離心、清洗、干燥后，得到的淡綠色粉末即為含磷硅酸鎳晶須。