功能无机固化剂及三维缩聚本征阻燃环氧树脂

The project will synthesize the functional inorganic curing agents using granular inorganic matrix (inorganic matrix = Al(OH)3, Mg(OH)2, Al2O3, MgO, B2O3, Sb2O3 , SiO2 and palygorskite-PAL) by chemical method. The work will substitute organic curing agents with inorganic ones in part or completely. Try to prepare the reactive, halogen-free, low smoke and intrinsic flame retardant hybrid materials consist of inorganic substances by three dimensional polycondensation. The project will also investigate the influence factors such as the type of the inorganic matters, particle size, content of inorganic curing agent, functional groups, structure of the organic compound, curing conditions and multicomponent solidification on the flame retardant properties (oxygen index, cone calorimetrics and UL-94 vertical combustion) , performance of reducing smoke and reducing poison(moke density and CO production rate) and mechanical properties (toughness, compressive strength, impact strength, flexural modulus and flexural strength). Afterwards the project will attempt to accomplish that the flame retardant and mechanical properties of the epoxy resin to be adjustable and controllable. The completion of this project will provide the preparation method of the halogen-free, low smoke and inorganic nanometer particle hybrided intrinsic flame retardant thermosetting plastics, solve the problem of inorganic agglomeration in the thermosetting flame retardant plastics. This will also provide theoretical and technical support for the research and application of the halogen-free, low smoke and intrinsic flame retardant thermosetting hybrid polymer materials.

以颗粒无机基质（无机基质=氢氧化铝、氢氧化镁、氧化铝、氧化镁、三氧化二锑、三氧化二硼、硅胶及坡缕石等）为原料，通过化学方法合成功能无机基质固化剂；以无机固化剂部分或全部替代有机固化剂，通过三维缩聚制备以无机材料为主要阻燃组分的反应型无卤低烟本征阻燃环氧树脂；考察无机物种类、无机微粒粒径、无机固化剂含量、有机功能基团、有机物结构、固化条件及多组分固化等因素对环氧树脂阻燃性能（氧指数、UL-94垂直燃烧、锥形量热）、降烟降毒性能（烟密度、一氧化碳生成速率）和力学性能（韧性、冲击强度、抗压强度、弯曲模量及挠曲强度）的影响；尝试环氧树脂阻燃性能和力学性能的可控和可调。本项目的完成，将提供以无机材料为主要阻燃组分的无机纳米微粒杂化热固性塑料制备方法，解决热固性阻燃材料中无机物团聚和因引入无机物而导致的材料性能恶化问题，为研究和应用无卤低烟本征阻燃热固性杂化高分子材料提供理论和技术支撑。

1. 研究背景及主要创新点. 本领域存在的主要问题是本征阻燃环氧树脂少；添加无机阻燃剂引起环氧树脂机械性能恶化。本项目（1）提出了“无机固化剂”概念，制备了一系列功能无机基质固化剂。（2）实现了三维缩聚，同时提高了材料的阻燃和机械性能。通过聚合将无机物键连到材料中，消除或降低了无机物在热固性塑料中的团聚，解决了因无机物团聚而引起的热固性塑料力学性能恶化问题。.2. 主要研究内容和关键数据. （1）制备了无机固化剂。以金属氧化物（MgO和Al2O3）及氢氧化物[Mg(OH)2和Al(OH)3]为原料，经有机功能化反应，制备了无机固化剂。（2）实现了三维缩聚。利用三维缩聚固化，将无机材料反应性引入环氧树脂结构中，通过共价键结合制备得到了有机-无机杂化高分子，实现了以无机材料为主要阻燃组分的热固性塑料无卤低烟本征阻燃。（3）明确了构效关系。通过金属氧化物及氢氧化物种类、粒径、有机分子功能基结构和功能化程度的改变，实现了氧指数（LOI）、水平垂直燃烧（UL-94）、峰值热释放速率（pHRR）、总热释放量（THR）、烟释放速率（SPR）、总烟生成量（TSP）、一氧化碳释放速率（COPR）、二氧化碳释放速率（CO2PR）、弯曲强度及弯曲模量等阻燃和力学性能的调控。（4）实现了环氧树脂阻燃和机械性能大幅提升。优化后样品的氧指数（LOI）最高可达38.5，水平垂直燃烧（UL-94）达到V-0级，峰值热释放速率（pHRR）可降低超过8倍，总热释放量（THR）可降低近3倍，烟释放速率（SPR）可降低59倍，总烟生成量（TSP）可降低4.5倍，一氧化碳释放速率（COPR）可降低8.8倍，二氧化碳释放速率（CO2PR）可降低6.8倍，弯曲强度可提高2倍，弯曲模量可提高2.9倍。.3. 技术贡献及其科学意义. 项目成果可对本领域提供技术支撑。无机固化剂的合成和使用，扩展了本征阻燃环氧树脂研究领域结构和功能调控范围和手段，对于本领域的研究具有明显的促进作用。立体缩聚合成的本征阻燃环氧树脂材料，可广泛应用于电子产品和特殊行业的工程塑料。