一种本征型有机-无机抑烟阻燃环氧树脂复合材料的制备方法与流程

h，制得有机-无机多功能阻燃环氧树脂材料。其中，阻燃剂peam的用量为双酚a型环氧树脂质量的6~30%；固化剂二乙烯三胺的用量为双酚a型环氧树脂质量的6~10%。
[0007]
二、有机-无机抑烟阻燃环氧树脂复合材料的结构和性能下面就制备中的金属氢氧化物以氢氧化铝为例，含氮化合物以三聚氰胺为例，对本发明的有机-无机抑烟阻燃环氧树脂复合材料的结构和性能进行分析说明。
[0008]
图1为本发明有机-无机抑烟阻燃环氧树脂复合材料的红外光谱图。从图1可以看出与未改性的曲线a（氢氧化铝ath）相比，曲线b（peam），在3519 cm-1
处的o-h伸缩振动峰消失，在1250cm-1
出现了p=o键的伸缩振动峰，在3410cm-1
和3152cm-1
处出现了n-h的伸缩振动峰，并在1679cm-1
处出现了n-h的弯曲振动峰。由此可判断成功制备了本发明的有机-无机抑烟阻燃剂。
[0009]
图2为本发明有机-无机抑烟阻燃环氧树脂复合材料的氧指数图。从图2可以看出，纯环氧树脂（2-a）的极限氧指数为19.0%，图2-b，2-c，2-d，2-e分别为阻燃剂含量6%，8%，10%，12%的本征阻燃环氧树脂复合材料的极限氧指数，随着阻燃剂量的增加，环氧树脂复合材料的极限氧指数增加；其中2-e的极限氧指数为26.2%，比纯环氧树脂增加了37.9%。
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图3为本发明有机-无机抑烟阻燃环氧树脂复合材料的峰值热释放速率图。图中表明，双酚a型环氧树脂（图3-a）有着高达1611.8kw/m2的峰值热释放速率；图3-b，3-c，3-d，3-e分别为阻燃剂含量6%，8%，10%，12%的本征阻燃环氧树脂复合材料的峰值热释放速率曲线；图3-e的峰值热释放速率降低到470.3 kw/m2。与纯的环氧树脂相比峰值热释放速率降低了70.8%。峰值热释放速率的降低能有效减弱燃烧时的火焰强度，能明显的降低环氧树脂复合材料燃烧时所带来的危害。
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图4为本发明有机-无机抑烟阻燃环氧树脂复合材料的一氧化碳释放速率图。图4-a是双酚a型环氧树脂的一氧化碳释放速率为0.056g/s，图4-b，4-c，4-d，4-e分别是阻燃剂含量为6%，8%，10%，12%的本征阻燃环氧树脂复合材料的一氧化碳释放速率曲线。其中图4-e的一氧化碳释放速率降低到了0.026g/s，与纯的环氧树脂相比，降低了53.6%。在火灾中烟是致人死亡的主要原因，一氧化碳是主要的有毒气体，它可以与人体血液中的红细胞结合，使红细胞丧失了运输氧气的功能，导致人缺氧死亡。有效降低一氧化碳释放速率，可以为人员逃亡争取更大的时间。
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图5为本发明有机-无机抑烟阻燃环氧树脂复合材料的二氧化碳释放速率图。双酚a型环氧树脂（图5-a）的二氧化碳释放速率为1.04g/s，图5-b，5-c，5-d，5-e分别为阻燃剂含量为6%，8%，10%，12%的本征阻燃环氧树脂复合材料的二氧化碳释放速率曲线。随着阻燃剂含量增加，有机-无机抑烟阻燃环氧树脂复合材料的二氧化碳释放速率明显降低。其中5-e的二氧化碳释放速率为0.45g/s，比纯环氧树脂降低了56.7%。二氧化碳是造成温室效应的主要原因，减少二氧化碳的释放量，可有效保护环境。
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图6为本发明有机-无机抑烟阻燃环氧树脂复合材料的机械性能图。其中，双酚a型环氧树脂材料（图6-a）的弯曲强度为38.7
±
0.5mpa，弯曲模量为1900
±
50 mpa；图6-b，6-c，6-d，6-e是分别为阻燃剂含量为6%，8%，10%，12%的本征阻燃环氧树脂复合材料的弯曲强度和弯曲模量。6-e，环氧树脂复合材料的弯曲强度达到63.2
±
3.1mpa，比纯环氧树脂提升了63.3%。6-d，材料的弯曲模量为4900
±
90 mpa，比纯环氧树脂提升了157.9%。材料弯曲强度和弯曲模量的提高，说明阻燃剂与环氧树脂基体的相容性优异，可以进一步拓宽环氧树脂
的应用。
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综上所述，本发明将正丁醇、季戊四醇和含磷的酸酯化后对金属氢氧化物进行表面改性，再用三聚氰胺改性制备了有机-无机抑烟阻燃剂peam，反应过程操作简单，原料廉价易得。正丁醇主要用于合成含磷酸的正丁酯类增塑剂；季戊四醇本身就是一种很好的阻燃剂，将它与正丁醇、磷酸和金属氢氧化物反应后合成的金属基季戊四醇双磷酸密胺盐是一种典型的膨胀性阻燃剂，它将酸源、碳源和气源集中于一个分子中，从根本上可以解决阻燃材料分子中各组分分配不均的问题，能更好的发挥p-n协同阻燃，并能在一定程度上解决金属氢氧化物添加量大影响材料力学性能的问题；该阻燃剂制备的本征阻燃环氧树脂复合材料在受热时，表面能生成一层膨松且有封闭结构的碳质泡沫层，能阻燃、隔氧和抑烟，有效改善了环氧树脂材料的阻燃性能和机械性能。
附图说明
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图1为本发明制备的有机-无机多功能阻燃剂的红外光谱图。
[0016]
图2为本发明制备的有机-无机抑烟阻燃环氧树脂复合材料的氧指数图。
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图3为本发明制备的有机-无机抑烟阻燃环氧树脂复合材料的峰值热释放速率图。
[0018]
图4为本发明制备的有机-无机抑烟阻燃环氧树脂复合材料的一氧化碳释放速率图。
[0019]
图5为本发明制备的有机-无机抑烟阻燃环氧树脂复合材料的二氧化碳释放速率图。
[0020]
图6为本发明制备的有机-无机抑烟阻燃环氧树脂复合材料的机械性能图。
具体实施方式
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下面通过具体实施例对本发明有机-无机抑烟阻燃环氧树脂复合材料的制备、性能做进一步说明。
[0022]
实施例1（1）有机-无机抑烟阻燃剂的制备将0.8 mol磷酸，0.08 mol正丁醇，0.22 mol季戊四醇加入250 ml圆底烧瓶中，升温到105℃；搅拌反应4 h后降温至90℃再将0.08 mol氢氧化铝加入到上述的溶液中，回流磁力搅拌反应5h；得到的粘稠状液体即为一次改性产物；将3.6 g的三聚氰胺溶于蒸馏水中，将1.2 g一次改性产物逐滴加入三聚氰胺的水溶液中，90 ℃反应3h得到p-n协同的有机-无机抑烟阻燃剂。
[0023]
（2）有机-无机抑烟阻燃环氧树脂复合材料的制备将1.8 g阻燃剂分散在25 ml无水乙醇中， 取26.36 g环氧树脂和1.84 g二乙烯三胺依次加入，混合液在70 ℃水浴下真空搅拌脱气泡。经真空蒸发溶剂后，将反应混合物80 ℃下在模具中预固化1 h，110 ℃固化4 h，制得有机-无机抑烟阻燃环氧树脂复合材料。
[0024]
（3）有机-无机抑烟阻燃环氧树脂复合材料的性能 阻燃性能：极限氧指数为23.6%，峰值热释放速率为1380.3 kw/m2，一氧化碳释放速率为0.034g/s；力学性能：弯曲模量为2100
±
30 mpa，弯曲强度为33.4
±
1.7mpa。
[0025]
实施例2（1）有机-无机抑烟阻燃剂的制备将0.6 mol焦磷酸，0.08 mol正丁醇，0.22 mol季戊四醇加入250 ml圆底烧瓶中，升温到105 ℃；搅拌反应4 h后降温至90 ℃再将0.08 mol氢氧化铝加入到上述的溶液中，回流磁力搅拌反应5h；得到的粘稠状液体即为一次改性产物；将4.2 g三聚氰胺溶于蒸馏水中，将2.1 g一次改性产物逐滴加入三聚氰胺的水溶液中，95 ℃反应3 h得到p-n协同的有机-无机抑烟阻燃剂。
[0026]
（2）有机-无机抑烟阻燃环氧树脂复合材料的制备将2.4 g阻燃剂分散在25 ml无水乙醇中， 取25.76 g环氧树脂和1.84 g二乙烯三胺依次加入，混合液在70 ℃水浴下真空搅拌脱气泡。经真空蒸发溶剂后，将反应混合物80 ℃下在模具中预固化1 h，105 ℃固化5 h，制得阻燃环氧树脂材料。
[0027]
（3）有机-无机抑烟阻燃环氧树脂复合材料的性能 阻燃性能：极限氧指数为24.7%，峰值热释放速率为1014.4 kw/m2，一氧化碳释放速率为0.036g/s;力学性能：弯曲模量为4300
±
106 mpa，弯曲强度为45.9
±
3.5mpa。
[0028]
实施例3（1）无机-无机抑烟阻燃剂的制备将1.2 mol亚磷酸，0.08 mol正丁醇，0.22 mol季戊四醇加入250 ml圆底烧瓶中，升温到105 ℃；搅拌反应4 h后降温至90 ℃再将0.08 mol氢氧化铝加入到上述的溶液中，回流磁力搅拌反应5 h；得到的粘稠状液体即为一次改性产物；将2.4 g三聚氰胺溶于蒸馏水中，将1.2 g一次改性产物逐滴加入三聚氰胺的水溶液中，90 ℃反应3 h得到p-n协同的有机-无机抑烟阻燃剂。
[0029]
（2）有机-无机抑烟阻燃环氧树脂复合材料的制备将3.0 g阻燃剂分散在25 ml无水乙醇中， 取25.16 g环氧树脂和1.84 g二乙烯三胺依次加入，混合液在70 ℃水浴下真空搅拌脱气泡。经真空蒸发溶剂后，将反应混合物80 ℃下在模具中预固化1 h，105℃固化5 h，制得有机-无机抑烟阻燃环氧树脂复合材料的制备。（3）有机-无机抑烟阻燃环氧树脂复合材料的性能 阻燃性能：极限氧指数为25.5%，峰值热释放速率为720.5 kw/m2，二氧化碳释放速率为0.53g/s;力学性能：弯曲模量为5200
±
111 mpa，弯曲强度为53.9
±
4.8mpa。
[0030]
实施例4（1）有机-无机抑烟阻燃剂的制备将0.6 mol羟基亚乙基膦酸，0.08mol正丁醇，0.22 mol季戊四醇加入250 ml圆底烧瓶中，升温到105℃；搅拌反应4 h后降温至90℃再将0.08 mol氢氧化铝加入到上述的溶液中，回流磁力搅拌反应5h；得到的粘稠状液体即为一次改性产物；将5.8 g三聚氰胺溶于蒸馏水中，将2.9 g一次改性产物逐滴加入三聚氰胺的水溶液中，95℃反应3 h得到p-n协同的有机-无机抑烟阻燃剂。
[0031]
（2）有机-无机抑烟阻燃环氧树脂复合材料的制备将3.6 g阻燃剂分散在25 ml无水乙醇中， 取24.56 g环氧树脂和1.84 g二乙烯三胺依
次加入，混合液在70 ℃水浴下真空搅拌脱气泡。经真空蒸发溶剂后，将反应混合物80 ℃下在模具中预固化1 h，120 ℃固化3 h，制得有机-无机抑烟阻燃环氧树脂复合材料。
[0032]
（3）有机-无机抑烟阻燃环氧树脂复合材料的性能 阻燃性能：极限氧指数为26.2%，峰值热释放速率为506.3 kw/m2，二氧化碳释放速率为0.45g/s;力学性能：弯曲模量为4900
±
90 mpa，弯曲强度为63.2
±
3.1mpa。