磷杂菲/三嗪双基分子阻燃环氧树脂的性能与机理

For constructing high-efficiency flame retardant molecules based on phosphophenanthrene and triazine groups in epoxy resin, and obtaining the design rule of the molecular structures and their flame retardant mechanism, the project will prepare several novel small molecules and their oligomers by the addition reaction between phosphaphenanthrene compounds and triazene epoxy resins in order to: research the dose-effect relationship between matrix and different-structure phosphaphenanthrene-triazene double-group molecules on thermal properties and flame retardancy, and dissect their douoble-group flame retardant synergistic effect; compare the properties of the cured epoxy resins containing the isomeric phosphaphenanthrene-triazene molecules，and confirm whether the flame retardant chemical-structure-effect of the isomers exists or not during combustion; by comparison with the properties of the flame retardant epoxy resins incorporated by douoble-group molecules with different degrees of polymerization,acquire the effect of degree of polymerization on the properties of epoxy resins; further explore the flame retardant effect of composites of triazene-rich additive and phosphaphenanthrene-triazene douoble-group molecules in epoxy resin, and seek for the optimal ratio of phosphaphenanthrene to triazene groups with higher flame retardant efficiency in double-group molecule. The project will bring new members into the non-halogen flame retardant epoxy resin area, extend the research of flame retardant mechanism into new areas, and carry out the new scientific practice in constructing novel phosphaphenanthrene-triazene douoble-group high-efficiency flame retardant molecules.

为构建在环氧树脂中具有高效阻燃作用的磷杂菲/三嗪双基分子，获得该类分子的结构构建规律及阻燃机理，本申请利用磷杂菲化合物与三嗪环氧化合物加成方法制备多种新型结构的磷杂菲/三嗪双基小分子及其低聚物，研究具有不同化学结构的磷杂菲/三嗪双基分子复合环氧树脂材料的热性能和阻燃性能的量效关系，剖析磷杂菲/三嗪基团的双基阻燃协同效应；通过对比具有同分异构体特征的磷杂菲/三嗪双基分子阻燃环氧树脂的性能，明确其在阻燃过程中是否存在化学结构效应；通过对比不同聚合度低聚物双基分子阻燃环氧树脂的性能，获得双基分子的聚合度对于环氧树脂性能的影响规律；本申请进一步探索了富三嗪基团阻燃剂与磷杂菲/三嗪双基分子复合阻燃效果，寻求能够提高阻燃效率的更为优化的双基分子中的三嗪与磷杂菲基团比例。本申请将为无卤阻燃环氧树脂领域增添新的选择，为提效阻燃机理研究扩展新的方向，为构建新型高效阻燃的双基分子进行新的科学实践。

环氧树脂作为在电子电器领域有着广泛应用的重要关键材料，为保证防火安全性通常必须具备优异的阻燃性能。研究具有新结构的化合物是获得具有优异阻燃性能材料的主要手段。而探索构建具有高阻燃效率的新化合物的方法对于今后高效阻燃材料的发展尤为重要。.本项目通过将磷杂菲/三嗪两种阻燃官能团引入到一个分子中，制备表征了多个磷杂菲/三嗪双基分子和齐聚物，研究了它们阻燃环氧树脂的行为规律和机理。结果表明所制备的磷杂菲/三嗪双基分子在环氧树脂中均具备优于单一基团化合物的阻燃效率，证明两个基团间存在着基团协同阻燃效应，并且获得了多种具有优异阻燃性能的环氧树脂材料。也将环四硅氧烷、蒙脱土、三聚氰胺氰尿酸盐（MCA）、氧化硼、烷基次磷酸盐分别与磷杂菲/三嗪三酮分子复合应用于阻燃环氧树脂中，探索了不同组分间的协同阻燃提效规律和协同阻燃作用机理。研究发现MCA能够优化复合体系中阻燃基团比例；环四硅氧烷、氧化硼和烷基次磷酸盐能够优化复合体系的气相凝聚相两相协同效果；蒙脱土能够增加复合体系阻燃过程中的阻隔效应。复合体系借助上述协效剂进一步提高了双基分子对于环氧树脂的阻燃效率。本项目也扩展研究了其他双基化合物如磷杂菲/硼酸酯、磷杂菲/环四硅氧烷等双基分子以及多磷杂菲基团化合物，并将上述化合物分别应用于阻燃环氧树脂、聚碳酸酯、聚乳酸等聚合物中，上述双基分子均表现出了明显的基团协同阻燃效应。.本项目的研究表明运用阻燃基团协同效应是构建高效阻燃分子的有效途径，为今后进一步研究其他典型阻燃基团间的协同效应奠定了思想基础；双基阻燃分子在多种聚合物中均能发挥高效阻燃作用，也证实了基团协同效应原理具有广泛的适用性，为今后发展更多具有优异阻燃性能的化合物及其阻燃聚合物提供了有效途径。