具有高阻燃性、热稳定性、介电性能环氧树脂的固化剂设计合成及固化物研究

Due to the practical problems of current epoxy resins and their application in electronic and electrical (EE) field, this project focuses on the achievement of phosphorus containing imidazole-based curing agents with high thermal stability and dielectric property. Further more, it focuses on the accomplishment of outstanding thermal stability and flame retardancy epoxy resins with good dielectric and mechanical properties. These epoxy resins are cured by curing agents with aromatic phosphorus structures, thus leading to high thermal stability and flame retardancy. Simultaneously, benefitting from the terrific dielectric property of imidazole-based curing agents, the cured epoxy material is also expected to show good dielectric property as well. The fabrication, structure and properties of the resulting curing agents and cured epoxy resins would be investigated to reveal the corresponding relationship of structure and property. What is more, this project would provide a scientific basis for the preparation of high performance epoxy resins using in EE field. Therefore, this project has both scientific meanings and application prospects.

本项目针对现有环氧树脂材料在电子电气领域不能同时满足材料阻燃性能、介电性能以及耐热性能、机械性能要求的难题，设计合成一种具有优良介电性、热稳定性、阻燃性及高效固化特性的含磷咪唑阻燃固化剂，进而制备出兼具优秀阻燃性、耐热性及良好介电性能与力学性能的环氧树脂固化物。该环氧树脂固化物由于固化剂的芳香含磷结构，具有优秀的热稳定性与阻燃性；得益于固化剂中咪唑结构的高介电性与高效固化特性，固化物不仅具有优良的介电性能，还维持了较好的力学性能。通过系统研究固化剂的分子结构、微观形貌与性能；同时研究环氧树脂中固化剂的相容性，固化物的热稳定性、介电性能、阻燃性及机械力学性能等，揭示固化剂分子结构与环氧树脂固化物性能之间的相互对应关系，为制备电子电气领域用高性能环氧树脂材料提供科学依据。本项目既具有科学意义，又具备应用前景。

项目按照研究计划顺利完成了研究目标。针对现有环氧树脂材料在电子电气领域不能同时满足材料阻燃性能、介电性能以及耐热性能、机械性能要求的难题，项目设计合成了多种含磷咪唑盐，包括DOPO（9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物）衍生酸（DOPA）咪唑盐（IDOP），以及二苯基磷酸咪唑盐（IDPP）。而后将其作为环氧固化剂，制备得到了兼具优秀阻燃性（极限氧指数由参比样的20.5%最高提升至37.0%；达到垂直燃烧测试UL-94 V-0级别；最大热释放速率和总热释放量均有所降低）、高热稳定性（Tg可高达172.7 ºC；T5%＞335 ºC）与介电性能（在1M Hz的频率下，介电常数ε可低至4.0，介电损耗tan δ可低至0.018）环氧树脂固化物。同时，系统研究了固化剂分子结构与环氧树脂固化物阻燃性、介电性能及固化条件的对应关系，相应的实验结果为制备综合性能好的高性能环氧树脂材料提供了科学依据。通过本项目的执行，在本项目的开展过程中，共发表SCI论文2篇（均为第一资助），另有2篇SCI论文目前正在准备或审稿阶段；共培养博士研究生1名，硕士研究生1名（均已获得相应学位）。研究成果目标基本实现。