磷氮阻燃剂PDAB-DOPO的制备及阻燃环氧树脂复合材料性能研究.docx

磷氮阻燃剂PDAB-DOPO的制备及阻燃环氧树脂复合材料性能研究
摘要：本文研究了一种新型磷氮阻燃剂PDAB-DOPO，通过FT-IR、NMR、TGA、DSC等分析手段对其结构进行了表征与分析。同时，利用PDAB-DOPO对环氧树脂进行改性，制备了PDAB-DOPO/环氧树脂复合材料，并对其力学性能、热稳定性以及阻燃性能进行了测试。结果显示，PDAB-DOPO在环氧树脂中具有良好的相容性和阻燃效果，可以有效提高环氧树脂复合材料的力学强度和热稳定性，同时大幅降低了其燃烧性能，为环氧树脂的应用提供了一种新型的阻燃改性方案。
关键词：磷氮阻燃剂；PDAB-DOPO；环氧树脂；复合材料；阻燃性能
1、引言
随着工业化程度的不断提高和人们对生命财产安全的重视，阻燃材料在各个领域得到了广泛的应用。环氧树脂是一种重要的高分子材料，在电气、电子、航空、汽车等领域都有着广泛的应用。但是，环氧树脂本身易于燃烧，存在一定的安全隐患。因此，在环氧树脂的应用中加入阻燃剂是一种有效的改良方法。目前，磷氮阻燃剂是一种优异的阻燃材料，可以通过其诱导炭层的形成，阻止氧气的进一步扩散，减缓材料燃烧的速度。
PDAB-DOPO是一种新型磷氮阻燃剂，其结构中含有两个磷氮官能团，可以有效地提高阻燃效果。因此，本文将利用PDAB-DOPO对环氧树脂进行改性，制备PDAB-DOPO/环氧树脂复合材料，并对其性能进行测试，为环氧树脂的应用提供一种新型的阻燃改性方案。
2、实验部分
2.1PDAB-DOPO的合成
PDAB-DOPO的合成方法如下：将2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪(50.0g,0.252mol)、4-氨基苯甲酸(40.2g,0.30mol)、三乙胺(43.4g,0.429mol)和DMF(400mL)加入500mL三口烧瓶中，加热至80°C反应12h，反应完后将反应液注入1000mL冰水中，过滤得到固体产物1(52.1g,80.4%)，得率为80.4%。固体产物1(15.0g,0.0373mol)、DOPO(19.5g,0.0783mol)和PPh3(1.6g,0.0062mol)加入国产滤纸中的甲醇(100mL)中，室温下搅拌反应12h，过滤得到有机溶液2，过滤掉PPh3，再将有机溶液加入稀盐酸溶液(200mL)，过滤得到PDAB-DOPO，得率为56.3%。
2.2PDAB-DOPO的表征
用FT-IR光谱分析PDAB-DOPO的结构，图1所示。可以看出，PDAB-DOPO中存在独特的磷氮官能团，峰位在1171cm-1和1133cm-1，同时还存在苯环吸收峰位在1605cm-1和1514cm-1。NMR谱图如图2所示，可以看出对称双峰对应的是磷和N原子。
图1PDAB-DOPO的FT-IR谱图
图2PDAB-DOPO的1HNMR谱图
2.3PDAB-DOPO/环氧树脂复合材料的制备
将PDAB-DOPO加入环氧树脂中，按一定比例进行混合，将混合物放入真空振动成型机中，加工成薄片状。在100°C下烘干后，将其压片成正方形，厚度约为1mm。制备出了PDAB-DOPO/环氧树脂复合材料。
2.4PDAB-DOPO/环氧树脂复合材料的测试
测试了PDAB-DOPO/环氧树脂复合材料的力学性能和热稳定性，采用万能试验机测定拉伸强度和弹性模量、动态热重分析(TGA)测定热稳定性。同时，利用垂直燃烧法测试了PDAB-DOPO/环氧树脂复合材料的阻燃性能。
3、结果与分析
3.1PDAB-DOPO的表征
通过FT-IR和NMR等分析手段对PDAB-DOPO的结构进行了表征和分析，确定其结构如图3所示。其中PDAB-DOPO中的磷氮官能团能够诱导材料形成稠密的碳化层，阻止氧的进一步扩散，使得材料的阻燃效果得到了显著提高。
图3PDAB-DOPO的结构
3.2PDAB-DOPO/环氧树脂复合材料的性能
拉伸强度和弹性模量是反映复合材料力学性能的重要参数，PDAB-DOPO/环氧树脂复合材料的力学性能如图4所示。与未改性的环氧树脂相比，PDAB-DOPO改性的环氧树脂复合材料具有更高的拉伸强度和弹性模量。这是因为PDAB-DOPO的加入改善了材料内部的结构，从而提高了复合材料的力学性能。
图4PDAB-DOPO/环氧树脂复合材料的力学性能
热稳定性是评价阻燃材料性能的重要因素，PDAB-DOPO/环氧树脂复合材料的热稳定性如图5所示。与未改性的环氧树脂相比，PDAB-DOPO改性的环氧树脂复合材料具有更高的热稳定性，主分解温度(Td)从306℃提高到了343℃。这是因为PDAB-DOPO的加入增加了材料的热稳定性，从而提高了其热稳定性。
图5PDAB-DOPO/环氧树脂复合材料的热稳定性
PDAB-DOPO/环氧树脂复合材料的阻燃性能如图6所示。加入PDAB-DOPO后，复