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        就寧波材料所制備出香草醛基含磷自阻燃環氧樹脂

        技術動態

        瀏覽:次 2022-02-28 14:37:47

        寧波材料所制備出香草醛基含磷自阻燃環氧樹脂

        隨著石油資源日趨枯竭,尋覓可延續、優良、便宜的石油替換品已成為聚合物工業的重要課題而引發各國政府的高度關注。生物基高份子材料以可再生資源為主要原料,既可下降塑料行業對石油化工產品的依賴,又可減少石油化工原料生產進程中對環境的污染,是當前高份子材料的1個重要發展方向。根據公告但是目前主要集用更大的力度把中國高鐵事業進1步發展好中于生物基熱塑性高份子材料,對生物基熱固性樹脂的研究相對較少。環氧樹脂是3大通用型熱固性樹脂之1,在涂料、膠粘劑、電子封裝、復合材料等領域都具有廣泛利用;全球年產量在200萬噸左右。但是占市場份額85%以上的雙酚A環氧樹脂原料雙酚A完全依賴于石化資源;同時雙酚A對生命體的健康存在極大的要挾,已被世界多個國家制止用于與食品及人體接觸領域。因此,以可延續、來源豐富的生物原料開發綜合性能優良生物基環氧樹脂具有重大意義。

        “易燃”是環氧樹脂乃至絕大部份高份子材料的通病。添加阻燃劑是提高環氧樹脂阻燃性能的1條有效途徑。隨著歐盟兩大指令“廢棄電子電器裝備指令”(WEEE)及“電子電器裝備中禁用有害物資指令”(RoHS)的頒布,傳統的鹵素等阻燃體系遭到了很大限制,阻燃劑行業面臨著要求轉向更環保阻燃劑的壓力。

        基于上述緣由,中科院寧波材料所研究員朱錦帶領的生物基高份子材料團隊以第2大天然可再生資源木質素的平臺化合物香草醛為原料,給合綠色的有機磷化合物,制備了香草醛基含磷自阻燃環氧樹脂??朔饲叭艘韵悴萑┲苽洵h氧之前需將香草醛還原成香草醇或氧化成香草酸等需使用大量有毒有害還原劑和氧化劑的問題,采取綠色的1鍋法將香草醛通過2元胺偶合同時與含磷化合物進行加成,以高產率(~93.3%)得到含磷香草醛基雙酚,進而與環氧氯丙烷反應,得到了香草醛基含磷自阻燃環氧樹脂。此類環氧樹脂固化后,表現出很高的Tg(~214 °C),拉伸強度(~80 MPa)和模量(~2709 MPa),遠高于一樣條件下測得的雙酚A環氧樹脂(陶氏DER331)的Tg(166 °C),拉伸強度(76 MPa)和模量(1893 MPa)。阻燃性能優良,得到的兩種生物基環氧都到達了UL⑼4 V0工業阻燃級別,有限氧指數到達了~32.8 %(圖1);可制成骨科手術中的骨釘、骨棒等固定骨架材料,它具有增強作用,粗糙的表面可增進人體組織生長,其孔隙可供滲透和交換之用,當新的組織長出后, PHA 逐步降解,分解出的產物可被人體吸收,不會引發不良反應同時該類環氧樹脂在燃燒實驗中,沒有黑煙產生,而雙酚A環氧樹脂會產生大量黑煙。通過熱失重實驗及對阻燃實驗后炭層形貌及結構成份分析發現(圖2),其優良阻燃性的緣由主要是:該類環氧樹脂具有優良的膨脹成炭能力,同時構成的炭層非常致密,可以起到非常好的隔熱隔氧作用,從而避免內部材料的進1步燃燒。目前,相干工作已發表在高份子領域頂級期刊Macromolecules(2017, 50 (5): 1892–1901)。

        圖1 香草醛基高性能阻燃環氧結構及與雙酚A環氧的性能對照

        圖2 香草醛基高性能阻燃環氧的成炭能力及炭層成份分析

        該項工作得到了國家自然科學基金(51473180),中歐合作項目(ECO-COMPASS)([2016] 92),寧波材料所春蕾人材項目等支持。


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