[发明专利]环氧树脂用潜伏型阻燃固化剂及制备方法和其固化物的应用

说明书

本发明公开的环氧树脂用潜伏型阻燃固化剂，其由含磷有机酸或有机磷氯化物与咪唑类化合物一步反应而成，反应简单快捷，产率高，副产物少，易于扩大化生产。由于本发明提供的环氧树脂用潜伏型阻燃固化剂是一种兼具磷及氮的咪唑类化合物，阻燃元素含量高，将之用于固化环氧树脂适用期长，用量少，固化效率高，阻燃效果好，以5％以上的用量即可使所得的双酚A型环氧树脂固化物LOI大于30％，UL‑94为V‑1或V‑0级别，既保持了普通环氧树脂优异的热性能、机械加工性能及绝缘性能，又具备突出的阻燃性能，应用广泛且特别适用于电子电气制品和复合材料。

技术领域

本发明属于环氧树脂的固化剂及其制备和应用技术领域，具体涉及一种潜伏型阻燃固化剂及制备方法和其固化物的应用。

背景技术

环氧树脂，作为一种有着良好三维网络结构的热固性树脂，因介电性能、力学性能、粘接性能、耐腐蚀性能优异，固化收缩率和热膨胀系数小，尺寸稳定性好及工艺性好而被广泛应用。在工业生产中，为了控制工艺及简化操作，常常将环氧预聚物、固化剂及其他成分作为单组份原料加以储存、运输以及现场施工，此即要求预聚物体系在通常情况下储存稳定，而在实际应用时能够快速反应固化。因而潜伏型固化剂，特别是热致性潜伏固化剂备受关注。另外，随着电子器件的不断小型化，伴随着过热现象而带来火灾隐患，以及环氧树脂本身的易燃性，因而需要大量阻燃性能好且热稳定性佳的环氧树脂。为了同时解决以上两个问题，研发多功能的潜伏型阻燃固化剂显得很有必要。

咪唑类化合物作为新兴的环氧树脂固化剂，在固化环氧树脂过程中，既能利用仲氨基与环氧基加成，又能以叔氨基与环氧基团反应后以阴离子聚合催化环氧树脂均相聚合固化。因其固化效率高，所得固化物的热性能好、力学性能突出且绝缘性能好而被广泛应用于电子工业领域。但因其与环氧化合物经混合后易反应、不稳定，甚至在常温下就能较快速地发生反应，故而难以适用于可大规模工业化的预聚物单组份体系。因而，对咪唑类化合物加以钝化改性使之成为环氧树脂用热致性潜伏型固化剂很有意义。迄今已报道的方法包括制备微胶囊、有机酸成盐、金属有机配合物以及取代衍生物，但已有报道大多制备方案复杂，所得固化剂功能单一，难以满足现有电子工业领域的各项要求。

Tan等人(ACS Appl.Mater.Interfaces 2015,7,17919-17928)通过界面离子交换反应制备了多官能度有机胺改性聚磷酸铵，并将之作为阻燃固化剂用以制备高阻燃性能环氧树脂固化物，当阻燃固化剂用量为10％，其固化物的LOI为28.5％，UL-94为V-0级别，且可有效降低燃烧过程中的烟释放，但其固化所需温度较高，固化周期长，不具备潜伏固化剂所要求的快速反应固化性。刘萍等人(CN1537878)利用带有长链取代基的咪唑衍生物与低分子量环氧树脂于二甲苯中反应，而后将此加成物用做环氧树脂的潜伏型固化剂，其适用期长，且所得固化物有较高的柔性，非常适用于电子元器件的封装，但遗憾的是制备所用溶剂沸点较高，除去难度大，且固化剂功能单一，不具备阻燃性能，使所得固化物的应用范围有较大限制。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷和问题，提供一种环氧树脂用潜伏型阻燃固化剂及制备方法和其固化物的应用，用该固化剂固化的环氧树脂在常温稳定性好，在中温下固化快，所得固化物既保持了普通环氧树脂优异的热性能、机械加工性能及绝缘性能，又具备突出的阻燃性能，其可以应用于浇注、浸渍和层压料及粘接剂、涂料和封装材料，特别是用于电子电气制品和复合材料。

本发明提供的环氧树脂用潜伏型固化剂，其结构通式为：

式中的R₁和R₂都为H，或R₁和R₂分别为CH₃和H，或R₁和R₂分别为C₂H₅和CH₃。