本发明属于阻燃环氧树脂材料技术领域,涉及一种基于磷杂菲硼酸酯双基化合物的阻燃环氧树脂，是在普通环氧树脂中添加特定阻燃成分获得的阻燃环氧树脂材料。
背景技术：
环氧树脂具有优良的粘结性、密封性、电绝缘性和化学防腐蚀性等优良性能，可广泛地应用于电子电器、航空航天以及化学防腐等领域；然而，多数环氧树脂的阻燃性差，极限氧指数(loi)较低(约为19.8％)，这极大地限制了环氧树脂在电子电器等对阻燃性能要求较高领域的应用；因此在实际应用中需要对环氧树脂进行阻燃改性。
9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(dopo)及其衍生物是阻燃环氧树脂常用的一类阻燃剂，该类化合物通常能够在气相释放磷氧自由基来发挥高效的阻燃作用；磷杂菲分子的p-h键容易与其他基团反应，因而可以获得多种磷杂菲衍生物。
本发明采用的磷杂菲对苯二酚硼酸酯(odopb-borate)添加型阻燃剂，是一种新型的磷杂菲衍生物阻燃助剂，在目前的文献和己公布的专利材料中均未见报道。
磷杂菲对苯二酚硼酸酯(odopb-borate)的分子结构式：
技术实现要素：
本发明的第一目的在于提供一种基于磷杂菲硼酸酯基团双基化合物的环氧树脂，所述的环氧树脂含磷量低、阻燃性能优异，且兼具良好的力学性能，综合性能较现有技术中的其他双基化合物显著增强，适于广泛推广应用。
本发明通过将odopb-borate与双酚a二缩水甘油醚环氧树脂在一定温度下进行熔融共混，并加入有机溶剂和固化剂，进行固化反应制得阻燃环氧树脂固化物。
本方法制备无卤阻燃环氧树脂的过程可分为三步：第一步：将双酚a二缩水甘油醚环氧树脂升温至一定温度后加入阻燃剂odopb-borate，搅拌至二者混合均匀；第二步：向混合体系中加入有机溶剂，搅拌至混合均匀；第三步：向以上两步制备的环氧树脂中加入固化剂，搅拌至混合均匀，再通过加热使有机溶剂挥发，后将该环氧树脂涂覆于材料表面，进行环氧树脂的固化反应，最终获得阻燃环氧树脂固化物。
所用原料：双酚a二缩水甘油醚环氧树脂(dgeba)(环氧当量值范围为0.10-0.54，工业级)；odopb-borate(纯度＞97％，实验室制备)；有机溶剂为丙酮(纯度＞98％，工业级)、丁酮(纯度＞98％，工业级)、环戊酮(纯度＞98％，工业级)、甲苯(纯度＞98％，工业级)中的一种或几种；固化剂为4,4′-二氨基二苯砜(dds)(纯度＞98％，工业级)、4，4′-二氨基二苯甲烷(ddm)(纯度＞98％，工业级)、间苯二胺(mpda)(纯度＞98％，工业级)、间苯二甲胺(mxda)(工业级)中的一种或几种。
在第一步中，将环氧值范围为0.10-0.54的双酚a二缩水甘油醚环氧树脂加热至50-180℃，在搅拌条件下将占总物料质量2％-20％的odopb-borate加入到环氧树脂中，搅拌0.5-2.0小时至二者混合均匀。
在第二步中，将混合物降温至30-120℃，在搅拌条件下向第一步制得的混合物中加入有机溶剂，有机溶剂为丙酮、丁酮、环戊酮或甲苯中的一种或几种，有机溶剂的加入量为双酚a二缩水甘油醚质量的0％-90％，搅拌0.5-2.0小时至混合均匀。
在第三步中，在搅拌条件下将双酚a二缩水甘油醚质量的6.2％-31.7％的固化剂加入到第二步制得的环氧树脂体系中，所加固化剂为dds、ddm、mxda或mpda中的一种，搅拌均匀后，加热至50-200℃之间，并除去有机溶剂，将环氧树脂涂覆于材料表面，并进行4-20小时的固化反应。
采用上述方法制备无卤阻燃环氧树脂，只需通过搅拌的方式将阻燃剂与环氧树脂混合均匀，不需要进行两者间的化学键合反应，简单易行；此外，采用阻燃剂odopb-borate改性的环氧树脂阻燃性能优异，当固化剂为dds，odopb-borate在体系中的质量分数为6％时，环氧树脂固化物的极限氧指数达到31.6％，阻燃级别可达到ul94v-0级，环氧树脂的冲击强度提升至21.9kj/m2；当固化剂为ddm，odopb-borate在体系中的质量分数为5％时，环氧树脂固化物的极限氧指数达到37.2％，阻燃级别可达到ul94v-0级,环氧树脂的冲击强度提升至20.3kj/m2；表1和表2分别为基于两种不同固化剂所制备的环氧树脂的综合性能。
表1固化剂为dds的部分环氧树脂固化物的阻燃性能及力学性能
表2固化剂为ddm的部分环氧树脂固化物的阻燃性能及力学性能
具体实施方式
本发明所采用的阻燃剂odopb-borate的制备方法如下：
将10-(2,5-二羟基苯基)-10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(odopb)、硼酸、反应溶剂(四氯乙烷、二甲基甲酰胺、甲酰胺、甲苯、二甲苯、氯苯、二氯苯中的一种)混合搅拌在100-210℃反应，硼酸与odopb的摩尔比优选为1：(0.5-5.0)，反应溶剂的质量优选为odopb质量的2-10倍；将得到的粗产物除去反应溶剂，经过洗涤、过滤以及烘干的步骤后，即得产物odopb-borate。
实施例1
将100g环氧值为0.51的双酚a二缩水甘油醚加热至180℃，在搅拌条件下将8.6godopb-borate加入到环氧树脂中，搅拌1小时后，将31.7gdds加入到环氧树脂中，搅拌均匀后在真空条件下脱除体系中的气体，再浇注到事先预热的模具中，先在160℃下预固化1小时，再在180℃下固化2小时，再在200℃下固化1小时，获得的环氧树脂的极限氧指数为31.6％,阻燃等级为ul94v-0级，冲击强度达到21.9kj/m2；该例中，固化物中odopb-borate的质量分数为物料总质量的6％，有机溶剂的质量分数为双酚a二缩水甘油醚质量的0％，dds的质量分数为双酚a二缩水甘油醚的31.7％。
实施例2
将100g环氧值为0.51的双酚a二缩水甘油醚加热至120℃，在搅拌条件下将6.6godopb-borate加入到环氧树脂中，搅拌2小时后，将体系降温至60℃，向环氧树脂中加入60g丙酮并搅拌0.5小时，将25.3gddm加入到环氧树脂中，搅拌均匀后在真空条件下脱除体系中的有机溶剂，再浇注到事先预热的模具中，先在120℃下预固化2小时，再在160℃下固化4小时，获得的环氧树脂极限氧指数为37.5％,阻燃等级为ul94v-0级，冲击强度达到21.4kj/m2；该例中，固化物中odopb-borate的质量分数为物料总质量的5％，有机溶剂的质量分数为双酚a二缩水甘油醚的60％，ddm的质量分数为双酚a二缩水甘油醚的25.3％。
实施例3
将100g环氧值为0.1的双酚a二缩水甘油醚加热至180℃，在搅拌条件下将2.2godopb-borate加入到环氧树脂中，搅拌1小时后，将6.2gdds加入到环氧树脂中，搅拌均匀后在真空条件下脱除体系中的气体，然后浇注到事先预热的模具中，先在100℃下预固化5小时，再在180℃下固化8小时，获得的环氧树脂极限氧指数为28.6％,ul94垂直燃烧为无级别，冲击强度为16.8kj/m2；该例中，固化物中odopb-borate的质量分数为物料总质量的2％，有机溶剂的质量分数为双酚a二缩水甘油醚的0％，dds的质量分数为双酚a二缩水甘油醚的6.2％。
实施例4
将100g环氧值为0.54的双酚a二缩水甘油醚加热至120℃，在搅拌条件下将31.7godopb-borate加入到环氧树脂中，搅拌2小时后，将体系降温至75℃，向环氧树脂中加入90g丁酮并搅拌2小时，将26.8gddm加入到环氧树脂中，搅拌均匀后在真空条件下脱除体系中的有机溶剂，再浇注到事先预热的模具中，先在130℃下预固化2小时，再在170℃下固化5小时；该例中，固化物中odopb-borate的质量分数为物料总质量的20％，有机溶剂的质量分数为双酚a二缩水甘油醚的90％，ddm的质量分数为双酚a二缩水甘油醚的26.8％。
实施例5
将100g环氧值为0.46的双酚a二缩水甘油醚加热至120℃，在搅拌条件下将12.5godopb-borate加入到环氧树脂中，搅拌1.5小时，将体系降温至110℃；向环氧树脂中加入50ml环戊酮并搅拌2小时，将12.5gmpda加入到环氧树脂中，搅拌均匀后在真空条件下脱除体系中的有机溶剂，再浇注到事先预热的模具中，先在50℃下预固化8小时，再在150℃下固化12小时；该例中，固化物中odopb-borate的质量分数为物料总质量的10％，有机溶剂的质量分数为双酚a二缩水甘油醚的50％，mpda的质量分数为双酚a二缩水甘油醚的12.5％。
实施例6
将100g环氧值为0.44的双酚a二缩水甘油醚加热至100℃，在搅拌条件下将15.7godopb-borate加入到环氧树脂中，搅拌0.5小时后，将体系降温至100℃；向环氧树脂中加入30ml甲苯并搅拌0.5小时，将15.0gmxda加入到环氧树脂中，搅拌均匀后在真空条件下脱除体系中的有机溶剂，再浇注到事先预热的模具中，先在70℃下预固化5小时，再在140℃下固化10小时；该例中，固化物中odopb-borate的质量分数为物料总质量的12％，有机溶剂的质量分数为双酚a二缩水甘油醚的30％，mxda的质量分数为双酚a二缩水甘油醚的15％。
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