一种阻燃荧光环氧树脂及其制备方法与流程

1.本发明涉及一种阻燃荧光环氧树脂及其制备方法，属于化工领域。


背景技术：

2.环氧树脂因其具有优良的电绝缘性，力学性能，粘接性，热稳定性，耐腐蚀性等。广泛应用于电子电器、航天航空等领域。但环氧树脂极易燃烧，普通环氧树脂的氧指数在20％左右，使其在许多方面的应用受到限制。因此对环氧树脂进行阻燃改性具有十分重要的研究和应用价值。常通过添加阻燃剂提高环氧树脂的阻燃性能。近年来，在各种添加型阻燃剂中，dopo因其特殊的磷杂菲结构以及分子中的活性p-h键可以参与反应获得含不同官能团的dopo衍生物，可以赋予环氧树脂良好的阻燃性。然而，大多数含磷阻燃添加剂在基材中的分散性较差，其增塑作用往往导致玻璃化转变温度(tg)和机械性能的降低但添加型阻燃剂通常会降低其玻璃化转变温度。因此，如何在不损失其玻璃化转变温度的情况下提高环氧树脂的阻燃性仍是一个很大的挑战。
3.另外，现有技术中并未有具有荧光性阻燃环氧树脂的相关报道。


技术实现要素：

4.针对上述缺陷，本发明提供一种具有荧光性的阻燃环氧树脂及其制备方法，实现了不损失其玻璃化转变温度的情况下提高环氧树脂的阻燃性，同时利用阻燃剂聚集的现象赋予环氧树脂荧光性。
5.本发明的技术方案：
6.本发明要解决的第一个技术问题是提供一种阻燃荧光环氧树脂，其原料包括环氧树脂和dopo基马来酰亚胺阻燃剂；其中，所述dopo基马来酰亚胺阻燃剂为含不饱和键(碳碳双键或碳氧双键)的马来酰亚胺化合物(bmi)与9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(dopo)制得的阻燃剂。
7.进一步，所述环氧树脂与dopo基马来酰亚胺阻燃剂的质量比为：99：1～7：3
8.进一步，所述dopo基马来酰亚胺阻燃剂采用下述方法制得：将摩尔比为1：1～1：2的含不饱和键的马来酰亚胺化合物与9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(dopo)溶于有机溶剂中，在惰性气体(n2)保护下，80～120℃冷凝回流反应1～6h，得到棕色透明液体；再向混合液体中加入去离子水，充分搅拌，析出大量白色沉淀；然后经过滤、清洗(用丙酮清洗)至少三次，得到白色粉末阻燃剂；最后烘干即得dopo基马来酰亚胺阻燃剂。
9.进一步，所述含不饱和键(碳碳双键或碳氧双键)的马来酰亚胺化合物选自：其中r为烷基或芳基。
10.进一步，所述有机溶剂选自：甲苯、n,n-二甲基甲酰胺或四氢呋喃。
11.进一步，所述环氧树脂选自：双酚a型环氧树脂、双酚f型环氧树脂、双酚s型环氧树脂或酚醛型环氧树脂。
12.本发明要解决的第二个技术问题是提供上述阻燃荧光环氧树脂的制备方法，所述制备方法为：将环氧树脂(dgeba)和dopo基马来酰亚胺阻燃剂在固化剂的作用下，固化完全得阻燃荧光环氧树脂。
13.进一步，所述制备方法为：将环氧树脂(dgeba)与dopo基马来酰亚胺阻燃剂在80～100℃(优选为90℃)下充分混合均匀后加入固化剂，充分搅拌后，除气泡；然后固化完全得阻燃荧光环氧树脂。
14.进一步，上述方法中，环氧树脂、dopo基马来酰亚胺阻燃剂和固化剂的比例为：
15.环氧树脂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
100重量份；
16.dopo基马来酰亚胺阻燃剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
1～50重量份；
17.固化剂
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10～30重量份。
18.进一步，所述固化温度为80～150℃，固化时间为1～6h。
19.进一步，所述固化剂为胺类固化剂，具体选自：4,4'-二氨基二苯甲烷、4,4'-二氨基二苯砜或1,3-苯二胺。
20.本发明要解决的第三个技术问题是提供一种dopo基马来酰亚胺阻燃剂的制备方法，所述制备方法为：将摩尔比为1：1～1:2的含不饱和键的马来酰亚胺化合物与9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(dopo)溶于有机溶剂中，在惰性气体(n2)保护下，80～120℃冷凝回流反应1～6h，得到棕色透明液体；再向混合液体中加入去离子水，充分搅拌，析出大量白色沉淀；然后经过滤、清洗(用丙酮清洗)至少三次，得到白色粉末阻燃剂；最后烘干即得dopo基马来酰亚胺阻燃剂。
21.本发明要解决的第四个技术问题是提供一种dopo基马来酰亚胺阻燃剂，其采用上述方法制得。
22.本发明的dopo基马来酰亚胺阻燃剂具有良好的溶解性和热稳定性，在溶液中表现出聚集诱导发光的特性。
23.本发明的有益效果：
24.本发明将一种刚性结构dopo基马来酰亚胺阻燃剂引入环氧树脂中，不损失其玻璃化转变温度的情况下提高了环氧树脂的阻燃性，同时利用阻燃剂聚集诱导荧光发射的现象赋予环氧树脂荧光性。所得阻燃荧光环氧树脂可用于安全标志和led封装领域。即本发明实现了在不降低玻璃化转变温度和力学性能的情况下同时赋予环氧树脂阻燃性和荧光性提供了新的方法。
附图说明：
25.图1为实施例1中化合物的1h nmr，
31
p nmr谱图。
26.图2为实施例1中dopo基阻燃剂的激发谱图和发射谱图；由图2可知，其最大激发波长为324nm，最大发射波长为361nm。
27.图3为实施例1中dopo基阻燃剂的聚集诱导发光结果；由图3可知：dopo基阻燃剂在溶剂中表现出聚集诱导发光的特征。
28.图4为实施例2未阻燃环氧树脂在365nm紫外灯下数码照片；由图4可知：未添加阻
燃剂的环氧树脂在紫外灯下没有光致发光现象。
29.图5为实施例4光谱和发射光谱图；由图5可知：所得环氧树脂在324nm激发下，表现出最大发射波长为503nm。
30.图6为对比例1中环氧树脂固化物在365nm紫外灯下数码照片；由图6可知：通过简单共混得到的阻燃环氧树脂在紫外灯下表现出极弱的光致发光现象。
31.图7为实施例4中环氧树脂固化物在365nm紫外灯下数码照片；由图7可知：添加dopo基阻燃剂的环氧树脂在紫外灯下激发下发出绿光。
32.图8为实施例6中环氧树脂固化物在365nm紫外灯下数码照片；由图8可知：添加dopo基阻燃剂的环氧树脂在365激发下发出较弱绿光。
33.图9为实施例7中环氧树脂固化物在365nm紫外灯下数码照片；由图9可知：添加dopo基阻燃剂的环氧树脂在365激发下发出极强绿光，添加量越高，其发光强度越大。
具体实施方式
34.本发明要提供一种阻燃荧光环氧树脂，其原料包括环氧树脂和dopo基马来酰亚胺阻燃剂；其中，所述dopo基马来酰亚胺阻燃剂为含不饱和键(碳碳双键或碳氧双键)的马来酰亚胺化合物(bmi)与9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(dopo)制得的阻燃剂。
35.所述环氧树脂(固化环氧树脂)与dopo基马来酰亚胺阻燃剂的质量比为：99：1～7：3
36.本发明要还提供上述阻燃荧光环氧树脂的制备方法，所述制备方法为：将环氧树脂(dgeba)和dopo基马来酰亚胺阻燃剂在固化剂的作用下，固化完全得阻燃荧光环氧树脂。
37.本发明提供了一种dopo基马来酰亚胺阻燃剂的制备方法，所述制备方法为：将摩尔比为1：1～1:2的含不饱和键的马来酰亚胺化合物与9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(dopo)溶于有机溶剂中，在惰性气体(n2)保护下，80～120℃冷凝回流反应1～6h，得到棕色透明液体；再向混合液体中加入去离子水，充分搅拌，析出大量白色沉淀；然后经过滤、清洗(用丙酮清洗)至少三次，得到白色粉末阻燃剂；最后烘干即得dopo基马来酰亚胺阻燃剂。
38.本发明还提供了一种dopo基马来酰亚胺阻燃剂，其采用上述方法制得。
39.下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实例范围之中。
40.实施例1：荧光性的刚性结构dopo基阻燃剂的制备
41.将3.58g n,n'-4,4'-二氨基二苯甲烷双马来酰亚胺(bmi),4.32g dopo，100ml dmf加入250ml三颈烧瓶中；n2气氛，120℃冷凝回流4h，得到棕色透明液体，向混合液体中加入400ml去离子水，充分搅拌，析出大量白色沉淀，过滤，丙酮清洗三次，得到白色粉末阻燃剂——双马来酰亚胺-dopo基阻燃剂，真空烘箱80℃烘干，产率88％，其固体荧光量子产率：25％。esi-ms m/z：789.0(m-h)-42.将实施例1得到的化合物，dmf/h2o不同比例的混合溶液为溶剂，配置成浓度为1
×
10-3
mol
·
l-1
的溶液；在激发波长为324nm条件下测试其发射光谱。
43.实施例2
44.采用熔融浇筑法制备普通环氧树脂，首先将80.0g双酚a型环氧树脂(dgeba)e44和
20.0g固化剂ddm，充分搅拌后，浇筑在预热的模具中，分别在100℃，150℃固化2h，得到未阻燃环氧树脂。所得环氧树脂的阻燃性能：ul-94nr，loi:26％；拉伸强度：72.5mpa，冲击强度：19.3kj
·
m-2
；玻璃化转变温度：147.0℃；实施例中，拉伸强度测试方法：样品尺寸75mm
×
10mm
×
2mm双哑铃型，拉伸速度2mm
·
min-1
；冲击强度测试方法：样品尺寸80mm
×
10mm
×
4mm，摆锤能量大小：2.75j；玻璃化转变温度的测试方法：采用dma动态热机械分析，三点弯曲模式测试；样品尺寸40mm
×
10mm
×
4mm，升温速率5℃
·
min-1
，升温范围40℃～220℃，频率1hz。
45.实施例3
46.采用熔融浇筑法制备荧光性阻燃环氧树脂，首先将73.6g双酚a型环氧树脂(dgeba)e44和双马来酰亚胺-dopo基阻燃剂8.0g在90℃条件下充分混合均匀后加入18.4g固化剂ddm，充分搅拌后，浇筑在预热的模具中，分别在100℃，150℃固化2h，得到具有荧光性阻燃环氧树脂。
47.所得荧光阻燃环氧树脂阻燃性能：ul-94v-1,loi:33％；拉伸强度：68.7mpa，冲击强度：18.2kj
·
m-2
；玻璃化转变温度：148.0℃。
48.实施例4
49.采用熔融浇筑法制备荧光性阻燃环氧树脂，首先将72.0g双酚a型环氧树脂(dgeba)e44和双马来酰亚胺-dopo基阻燃剂10.0g在90℃条件下充分混合均匀后加入18.0g固化剂ddm，充分搅拌后，浇筑在预热的模具中，分别在100℃，150℃固化2h，得到具有荧光性阻燃环氧树脂。
50.所得荧光阻燃环氧树脂的力学性能与未阻燃环氧树脂相比基本保持不变；阻燃性能：ul-94v-0,loi:35％；拉伸强度：66.8mpa，冲击强度：18.1kj
·
m-2
；玻璃化转变温度：147.3℃。
51.实施例5
52.采用熔融浇筑法制备荧光性阻燃环氧树脂，首先将70.4g双酚a型环氧树脂(dgeba)e44和双马来酰亚胺-dopo基阻燃剂12.0g在90℃条件下充分混合均匀后加入17.6g固化剂ddm，充分搅拌后，浇筑在预热的模具中，分别在100℃，150℃固化2h，得到具有荧光性阻燃环氧树脂。
53.所得荧光阻燃环氧树脂的力学性能与未阻燃环氧树脂相比基本保持不变；阻燃性能：ul-94v-0,loi:36％；拉伸强度：70.2mpa，冲击强度：17.5kj
·
m-2
；玻璃化转变温度：146.1℃。
54.实施例6
55.采用熔融浇筑法制备荧光性阻燃环氧树脂，首先将79.2g双酚a型环氧树脂(dgeba)e44和双马来酰亚胺-dopo基阻燃剂1.0g在90℃条件下充分混合均匀后加入19.8g固化剂ddm，充分搅拌后，浇筑在预热的模具中，分别在100℃，150℃固化2h，得到具有荧光性阻燃环氧树脂。
56.所得荧光阻燃环氧树脂的力学性能与未阻燃环氧树脂相比基本保持不变；阻燃性能：ul-94nr；拉伸强度：71.8mpa，冲击强度：18.8kj
·
m-2
；玻璃化转变温度：147.8℃。
57.实施例7
58.采用熔融浇筑法制备荧光性阻燃环氧树脂，首先将60.0g双酚a型环氧树脂(dgeba)e44和双马来酰亚胺-dopo基阻燃剂25.0g在90℃条件下充分混合均匀后加入15.0g
固化剂ddm，充分搅拌后，浇筑在预热的模具中，分别在100℃，150℃固化2h，得到具有荧光性阻燃环氧树脂。
59.所得荧光阻燃环氧树脂的力学性能与未阻燃环氧树脂相比保持不变；阻燃性能：ul-94v-0；拉伸强度：65.2mpa，冲击强度：16.5kj
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m-2
；玻璃化转变温度：147.0℃。
60.对比例1
61.采用熔融浇筑法制备阻燃荧光环氧树脂，首先将72.0g双酚a型环氧树脂(dgeba)e44和4.54g双马来酰亚胺(bmi)，5.46g dopo在90℃条件下充分混合均匀，接着加入18.0g固化剂ddm，充分搅拌后，除气泡，浇筑在预热的模具中，分别在100℃，150℃固化2h，得到阻燃环氧树脂。所得环氧树脂阻燃性能：ul-94v-1,loi:33％；拉伸强度：69.8mpa，冲击强度：17.3kj
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m-2
；玻璃化转变温度：137.0℃。