硫化DOPO衍生物阻燃环氧树脂的性能与阻燃机制

为了获得综合性能好的阻燃环氧树脂(EP)复合材料,将9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-硫化物(DOPS)的衍生物应用于EP。首先,通过DOPS和马来酸酐(MAH)反应合成磷杂菲衍生物马来酸酐-9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-硫化物(MAH-DOPS),采用FTIR、^(1)H NMR、^(31)P NMR等手段确定其结构;其次,分别将DOPS和MAH-DOPS添加到EP中,通过共混制备复合材料DOPS/EP和MAH-DOPS/EP;再次,对比了DOPS/EP和MAH-DOPS/EP的热稳定性、阻燃性能和力学性能;最后,探讨了MAH-DOPS对EP的燃烧性能和热降解行为的影响,深入分析其阻燃机制。通过对比发现:阻燃剂DOPS的初始分解温度(T_(5%),205.4℃)低于MAH-DOPS(235.2℃),在添加相同质量分数的阻燃剂时,复合材料DOPS/EP的热稳定性也低于MAH-DOPS/EP,与阻燃剂热稳定性一致;阻燃剂DOPS和MAH-DOPS均能改善EP的阻燃性能,MAH-DOPS/EP具有更优异的阻燃效果。当阻燃剂添加量为15wt%时,MAH-DOPS/EP和DOPS/EP的极限氧指数(LOI)值分别为28.6%和29.1%,分别达到UL-94 V-0级和V-1级。力学测试结果表明,与EP相比,MAH-DOPS/EP的弯曲强度提高了45.8%,而DOPS/EP下降了62.5%,DOPS/EP体系的力学性能下降明显,几乎失去使用价值。锥形量热测试表明,复合材料MAH-DOPS/EP的平均热释放速率(av-HRR)和总热释放量(THR)显著降低。TG-IR结果表明,MAH-DOPS/EP热解产生的含磷自由基捕捉了H•、O•或HO•等自由基,起到了自由基淬灭作用;SEM-EDS结果表明,MAH-DOPS/EP能够形成更加完整致密的炭层,炭层中P含量较高。研究表明,MAH-DOPS通过抑制火焰和成炭分别在气相和凝聚相发挥阻燃作用,并以气相阻燃机制为主。