[发明专利]一种含有原位生成的氢键有机框架阻燃改性环氧树脂制备方法及其应用

说明书

一种含有原位生成的氢键有机框架阻燃改性环氧树脂制备方法及其应用，涉及阻燃材料技术领域。在环氧树脂中原位生成氢键有机框架材料。该材料是一种绿色无卤环保阻燃剂。在热裂解或燃烧时不会对环境造成污染，有利于环保和可持续发展。原位生成氢键有机框架材料有利于改善环氧树脂中炭层的形成，从而抑制燃烧过程中的热传导和烟雾释放。本方法工艺流程简单，所需阻燃剂具有明显的阻燃效果。不仅提高了环氧树脂材料的阻燃性能，且其拉伸强度明显提高。

技术领域

本发明属于高性能高分子材料领域，具体涉及一种含有原位生成的氢键有机框架阻燃改性环氧树脂制备方法及其应用。

背景技术

环氧树脂是最常见的热固性聚合物之一，具有优良的耐化学性、机械性和粘附性，在许多工程领域和我们的日常生活中被广泛使用。然而，环氧树脂固有的可燃性阻碍了它在许多领域的实际应用，而且环氧树脂燃烧时释放的大量热量和有毒烟雾是导致人类和动物死亡的主要原因。因此，设计具有优良阻燃性、热稳定性和防烟性能的新型环氧树脂复合材料的研究是很有必要的。

此前，卤素阻燃剂作为最经济有效的阻燃剂被开发出来。然而，卤素阻燃剂会产生腐蚀性和有毒气体，因此对人类和环境有害，正在逐渐被淘汰。随后，磷系阻燃剂已成为最能替代卤素阻燃剂的一种。但是磷系阻燃剂也会带来一些潜在的环境和健康问题。近年来，纳米粒子包括碳纳米管、石墨烯、C₆₀、POSS、硅酸盐、Mxene、金属或非金属氧化物等。由于其独特的结构和性能，它们在阻燃剂领域也得到了广泛的研究。这些纳米填料已被证明对环氧树脂具有良好的阻燃效果。然而，这些纳米填料与聚合物的相容性通常很差，当填充到聚合物中时，通常会破坏基体的机械性能，从而限制了聚合物的利用。

由于具有周期性网络结构的晶体多孔材料的高孔隙率和比表面积，金属有机框架、共价有机框架和氢键有机框架等有机框架材料已被广泛用于气体吸附/分离、催化、能源和光电领域。由于具有良好的热稳定性和聚合物相容性，这类有机框架材料可用于构建优良的聚合物复合材料，并在理论上提高聚合物的防火安全性。与金属有机框架和共价有机框架相比，氢键有机框架是通过氢键的作用通过有机分子单体组装的。氢键有机框架材料可以很容易地通过简单的再结晶来提纯，并显示出良好的溶液加工性、可回收性和愈合能力。由于氢键有机框架材料相对容易形成氢键相互作用，它们通常与聚合物基材表现出相对良好的相容性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种含有原位生成的氢键有机框架阻燃改性环氧树脂制备方法及其应用，环氧树脂强度和阻燃性能均有增强。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种含有原位生成的氢键有机框架阻燃改性环氧树脂制备方法：将有机化合物单体通过机械搅拌分散于双酚E51型环氧树脂中，随后将混合物在一定温度下反应一段时间；然后加入芳香族二胺类固化剂，搅拌至获得稳定均匀的环氧树脂溶液；最后，将环氧树脂溶液抽真空除气泡，再浇注到预热的模具中，并进行热固化，固化完成后冷却至室温。最终制备得到含有原位生成的氢键有机框架阻燃增强的环氧树脂。

所述有机化合物单体为富氮型化合物，其结构式如下：

所述有机化合物单体和双酚E51型环氧树脂的质量份数比为3～9:100；

所述芳香族二胺类固化剂与双酚E51型环氧树脂的质量份数比为18～26:100；

所述有机化合物单体和双酚E51型环氧树脂的反应温度为85～120℃，反应时间为40～60分钟。

本发明制备所得环氧树脂的阻燃和机械性能均明显提高，拉伸强度可提高至59.4～86.5MPa。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)本发明提供的原位生成的氢键有机框架阻燃改性环氧树脂，其工艺简单，易于控制，效率高。