一种用于环氧树脂的含磷阻燃剂及其制备方法

本发明涉及阻燃剂领域，具体地说是涉及一种用于环氧树脂的含磷阻燃剂，以及该含磷阻燃剂的制备方法。

背景技术：

1、环氧树脂是一种重要的聚合物材料，在工业应用中广泛使用，如涂料、粘合剂、复合材料等。然而，环氧树脂在应用中面临阻燃性能的挑战。阻燃性能是材料的一项关键性能指标，尤其在高温条件下，如火灾发生时，更为关键。反应性阻燃剂是末端带有反应官能团、低相对分子质量的化合物，具有固化交联和阻燃的双重功能。

2、反应性的含磷阻燃剂是通过末端带有的反应官能团与环氧树脂反应开环，以达到阻燃剂分子接入环氧树脂主链的目的，阻燃剂分子在高温下首先分解以促使材料在高温下炭化，形成稳定的炭状层。当材料受热时，含磷阻燃剂分解并释放磷化合物，这些化合物在高温下反应生成炭。炭化层形成后，可以有效隔离火焰和氧气，阻止火势蔓延。还可以产生一些非燃性气体，如氨、氨化合物等。这些气体在火灾中有助于稀释燃烧区域的氧气，降低火势，同时抑制火焰的蔓延。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种用于环氧树脂的含磷阻燃剂，以及该含磷阻燃剂的制备方法。

2、本发明所采用的技术解决方案是：

3、一种用于环氧树脂的含磷阻燃剂，其是具有以下结构的化合物：

4、

5、如上所述的含磷阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：

6、(1)选取二苯基氧膦和4-氨基苯乙酮为反应原料；

7、(2)将二苯基氧膦和4-氨基苯乙酮混合，升温至反应温度；然后加入催化剂，进行保温反应，反应完成后得到含磷阻燃剂。

8、优选的，所述二苯基氧膦和4-氨基苯乙酮的物质的量比为(1-2.5)∶(1-2)。

9、优选的，所述二苯基氧膦和催化剂的物质的量比为(1-2.5)∶(0.03-0.2)。

10、优选的，所述催化剂为对甲苯磺酸。

11、优选的，所述二苯基氧膦、4-氨基苯乙酮和对甲苯磺酸物质的量比为2.1∶1∶0.05。

12、优选的，所述反应温度为100℃-160℃，反应时间为10-24h。更加优选反应温度为125℃，反应时间为12h。

13、优选的，在反应完成后还包括分离提纯步骤，向反应生成的粗品中加入乙酸乙酯，乙酸乙酯的加入量为粗品重量的5-10倍，然后低温放置1-6h，使产物充分结晶析出，得到含磷阻燃剂。

14、重结晶后还可进一步用甲醇进行洗涤，以去除杂质并提纯产物。

15、如上所述的含磷阻燃剂在制备阻燃材料中的应用。

16、一种阻燃环氧树脂，其包括如上所述含磷阻燃剂、4,4’-二氨基二苯砜以及环氧树脂，所用含磷阻燃剂占环氧树脂质量的0.1％-1.5％。

17、本发明的有益技术效果是：

18、本发明所设计并合成的含磷阻燃剂(命名为dpo2-nh2)含有伯胺基团以及含磷阻燃剂基团。该含磷阻燃剂通过伯胺基团提供质子与环氧基团反应可以起到固化交联的功能，通过含磷阻燃剂基团受热分解产生的炭层以及自由基可以实现阻燃的功能。此过程中无需额外添加任何助引发剂，且伯胺在固化后位于聚合物分子链中，不存在迁移问题。同时，使用本发明公开的含磷阻燃剂可以获得具有低气味、低毒性、稳定性好、硬度佳等优点的环氧树脂阻燃材料。

技术特征：

1.一种用于环氧树脂的含磷阻燃剂，其特征在于是具有以下结构的化合物：

2.如权利要求1所述的含磷阻燃剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的含磷阻燃剂的制备方法，其特征在于：所述二苯基氧膦和4-氨基苯乙酮的物质的量比为(1-2.5)∶(1-2)。

4.根据权利要求2所述的含磷阻燃剂的制备方法，其特征在于：所述二苯基氧膦和催化剂的物质的量比为(1-2.5)∶(0.03-0.2)。

5.根据权利要求2所述的含磷阻燃剂的制备方法，其特征在于：所述催化剂为对甲苯磺酸。

6.根据权利要求5所述的含磷阻燃剂的制备方法，其特征在于：所述二苯基氧膦、4-氨基苯乙酮和对甲苯磺酸物质的量比为2.1∶1∶0.05。

7.根据权利要求2所述的含磷阻燃剂的制备方法，其特征在于：所述反应温度为100℃-160℃，反应时间为10-24h。

8.根据权利要求2所述的含磷阻燃剂的制备方法，其特征在于：在反应完成后还包括分离提纯步骤，向反应生成的粗品中加入乙酸乙酯，乙酸乙酯的加入量为粗品重量的5-10倍，然后低温放置1-6h，使产物充分结晶析出，得到含磷阻燃剂。

9.如权利要求1所述的含磷阻燃剂在制备阻燃材料中的应用。

10.一种阻燃环氧树脂，其特征在于：包括权利要求1所述含磷阻燃剂、4,4’-二氨基二苯砜以及环氧树脂，所用含磷阻燃剂占环氧树脂质量的0.1％-1.5％。

技术总结
本发明公开一种用于环氧树脂的含磷阻燃剂及其制备方法，属于阻燃剂领域。该含磷阻燃剂的制备方法包括以下步骤：将二苯基氧膦和4‑氨基苯乙酮混合，升温至反应温度；然后加入催化剂，进行保温反应，反应完成后得到含磷阻燃剂。本发明所设计并合成的含磷阻燃剂含有伯胺基团以及含磷阻燃剂基团，通过伯胺基团提供质子与环氧基团反应可以起到固化交联的功能，通过含磷阻燃剂基团受热分解产生的炭层以及自由基可以实现阻燃的功能。无需额外添加助引发剂，且伯胺在固化后位于聚合物分子链中，不存在迁移问题。同时，使用本发明含磷阻燃剂可以获得具有低气味、低毒性、稳定性好、硬度佳等优点的环氧树脂阻燃材料。

技术研发人员：韩玉玺,宫凯,于青,王忠卫,侯计金,程桂青
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17