无卤无磷新型自阻燃氰酸酯树脂的设计、制备与性能研究

氰酸酯树脂聚合后可形成三嗪环结构，耐温性好，材料燃烧后具有低发烟性、低毒性的优点，是良好的自阻燃材料。目前阻燃性能达到UL 94 V-0级别的氰酸酯树脂结构中，均含有卤素、磷、硫等基团，燃烧过程中产生大量的有毒气体、烟雾等危害人类生命财产安全。同时新型氰酸酯树脂结构的设计进入了瓶颈阶段，停滞不前是目前发展现状。.材料结构与其阻燃性能密切相关。本申请从阻燃机理和分子设计角度出发，通过化学结构对其阻燃性能进行预测。设计制备具有不同主链结构的新型氰酸酯树脂，选择在其分子主链上引入苯、联苯等多种芳环结构。芳环结构的加入可显著提高氰酸酯树脂的残碳率和耐热性能，进而提高其阻燃性能。申请中对含酚化合物的合成、含酚化合物的氰化技术路线进行研究，测试分子结构，考察不同结构的树脂的聚合反应条件，以及结构与材料的阻燃性能、热性能、机械性能、介电性能及耐湿热性能的关系和影响规律。为其在阻燃材料方面的应用奠定基础。

结题摘要：.氰酸酯树脂是一种兼有结构性与功能性的高性能基体树脂，其主链结构的不同性能也各具特色。氰酸酯树脂聚合后可形成三嗪环结构，耐温性好，材料燃烧后具有低发烟性、低毒性的优点，是良好的自阻燃材料。目前阻燃性能达到UL V-0级别的氰酸酯树脂结构中，均含有卤素、磷、硫等基团，燃烧过程中产生大量的有毒气体、烟雾等危害人类生命财产安全。同时新型氰酸酯树脂结构的设计进入了瓶颈阶段，停滞不前是目前发展现状。.本项目从分子设计角度出发，成功合成了四种不同结构的含有芳香环的氰酸酯单体BBZCy、BHBZCy、BDBPCy和BBPCy，并对树脂结构、聚合反应及树脂结构-性能关系等进行了详细的研究。本项目成果结果表明：1、氰酸酯结构中-O-C≡N基团邻位甲基的存在和芳香环数量的增加会对氰酸酯的聚合反应产生阻碍。这是因为邻位甲基的存在增大了主链中单键内旋转的位阻，从而对固化过程产生阻碍，而苯环则会使分子链的刚性增加，也对氰酸酯的聚合产生一定的抑制；2、芳香环的引入能够提高氰酸酯树脂的热稳定性，这是由于芳香环有利于树脂残炭的生成，提高树脂的阻燃性能，并且能够形成共轭体系，也使这些氰酸酯具有较高的熔点。而氰酸酯官能团邻位甲基在温度较高时容易脱落，而使带有邻位甲基的氰酸酯树脂热稳定性降低；3、苯环为憎水基团，苯环的引入使得氰酸酯树脂的耐水性得到大大增强；4、-O-C≡N基团邻位甲基的引入会使得氰酸酯树脂的介电性能显著提高，这是因为氰酸酯官能团邻位甲基会屏蔽或弱化C-O、C-N和C=N等键的极性，导致树脂体系的极性的降低，从而提高了树脂的介电性能；6、芳香环的引入会使得氰酸酯树脂固化物在高温裂解时残炭率提高，形成致密的碳层耐高温、抗氧化，与热、火和氧隔绝，从而提高了氰酸酯树脂的阻燃性能；7、主链中的联苯基和苯基的加入，可提高材料的耐热性能，这是因为联苯基和苯基可导致主链分子中可以内旋转的单键的比例相对地减少，分子主链的刚性增大，导致分子主链运动困难，从而使玻璃化转变温度上升。