新型耐热耐水含磷无卤阻燃环氧树脂制备与性能基础研究

随着电子信息、轨道交通、航空航天等高技术领域的高速发展，极大地带动了印刷电路板新材料发展。然而，欧盟ROHS指令的实施，对印刷电路板的无铅焊接和无卤化阻燃的高性能提出了更高的要求，急需解决耐压水煮较差、磷含量不高、耐热性还不高等关键科学技术问题，以开发具有高耐热，高阻燃，导热性良好、低介电损耗良好为一体的印刷电路板环氧树脂材料。.本项目从烯丙基膦化合物为原料出发，设计合成三种新型的含磷无卤阻燃环氧树脂，研究双键的环氧化、三价磷的氧化、双键分子内环化聚合反应，探索温度、时间、催化剂等对反应的影响，表征中间体和新型环氧树脂的结构。研究不同固化剂对新型环氧树脂固化的物理化学过程，研究固化物的耐热性、阻燃性、吸湿性、介电损耗性等性能，研究纳米导热填料对固化物导热性影响，探索结构与各性能的内在联系。研究新型环氧树脂固化物的阻燃成炭机理。为设计开发高性能无卤阻燃环氧树脂奠定理论基础和技术支持。

本项目针对阻燃环氧树脂材料存在的阻燃效率低、耐水性差及热稳定性低的问题，通过分子设计将磷腈结构、耐热耐水解的P-C键引入到阻燃剂或阻燃固化剂中，制备了耐热耐水阻燃环氧树脂材料。以六氯环三磷腈为原料，合成了新型含磷腈环结构的环氧树脂六-[4-(环氧乙烷-甲氧基-羰基)苯氧基]-环三磷腈，固化物后材料的氧指数达到了30%以上，厚度为1.6mm的样条能顺利通过UL-94 V-0的测试，材料具有很好的热稳定性；合成了两种含P-C键的有机磷固化剂间-(胺基-苯基)-苯基氧化膦低聚物及双(3-胺基-噻吩)苯基氧化膦并用于环氧树脂的固化及阻燃。材料具有很好的热稳定性能，其LOI值都可达到34%以上， 3.0mm厚度的样品能通过UL-94 V-1级，材料经70℃水中浸泡168 h耐水测试后，树脂样品的吸水率仅为0.4%，且材料的阻燃性能几乎没有变化；以二苯基氧磷与对苯醌反应，合成了含P-C键的含磷固化剂，当阻燃固化剂占40 %时，固化物的LOI值达到了32.1%并通过UL-94 V-0的测试，耐水测试后材料的吸水率比纯环氧树脂低且保持了很好的阻燃性能；以二苯基氧磷为原料，分别与马来酸和衣康酸反应合成两种含磷的酸酐类固化剂，当阻燃固化剂所占的比例仅为20%时，材料均通过UL-94 V-0级，氧指数分别达到了34%以上，耐水测试后材料的吸水率比纯环氧树脂低且保持了很好的阻燃性能；通过四羟甲基硫酸磷分别与三聚氰胺及尿素反应制备了交联结构的阻燃剂，将P-C键引入到阻燃剂分子中。阻燃剂的添加量分别为11及12 wt%时，固化物就能通过UL-94 V-0级，氧指数达到了31%以上。经耐水测试后材料通过UL-94 V-0级，材料的吸水率降低，表现了很好的耐水性能；合成了熔点为115℃的阻燃剂二（2,6-二甲基苯氧基）苯基氧化磷并用于环氧树脂的阻燃。添加量为14 wt%时材料通过UL-94 V-0级，氧指数达到了33.8%，阻燃剂在材料中分散均一且材料的力学性能有所提高。耐水测试后材料吸水率有所降低，材料通过UL-94 V-0级；合成了一种新型含磷腈和磷杂菲双官能团型阻燃剂六-[4-(对羟基苯胺-DOPO-亚甲基)苯氧基]环三磷腈(CTP-DOPO)添加到环氧树脂中，阻燃剂添加量为10.6 wt%，体系P含量为1.1%时，材料通过UL-94 V-0级，LOI值达到了36.6%，表现了很好的阻燃效率