论文总字数：19547字

摘 要

环氧树脂的化学性能和物理性质特别优异，由于其粘粘性能好、介电性能良好、固化收缩率低等优点被广泛应用在电子电工、建筑、化工、交通运输等领域，但环氧树脂也是一类极易燃烧的物质，其易燃性限制了其应用。因此，需要研究制备出环保高效的阻燃剂。

为了提高环氧树脂的阻燃性能，本文设计了一种生物基膨胀型阻燃剂的合成方案。采用三聚氯氰、生物基肉桂醇和DOPO为原料，制定了新型阻燃剂的合成路线，拟定采用红外分析和核磁共振技术对产物进行分子结构分析。然后设计了阻燃环氧树脂的制备方法，确定了固化剂的种类和合成配方，并且拟定了试样的热性能和阻燃性能的测试方法。

通过本文的研究可以表明：三嗪类膨胀型阻燃剂对于提高环氧树脂的阻燃性能有很高的效率，并且在阻燃体系里加入生物基材料与磷元素对阻燃剂的绿色化有优异的效果。

关键词：环氧树脂；阻燃剂；生物基；三聚氯氰

Abstract

Epoxy resin has excellent physical and chemical properties. Because of its high bond strength, good dielectric properties and low curing shrinkage, it has been went to the fields of electronic and electrical engineering, architecture, chemical industry, transportation and so on. However, epoxy resin is also a type of material that is easy to burn, which limits its application. Therefore, it must to prepare environmentally friendly and efficient flame retardant.

In order to improve the flame retardancy of epoxy resin, a synthesis scheme of bio based intumescent flame retardant was designed. Using cyanuric chloride, bio cinnamic alcohol and DOPO as raw materials, the synthesis route of the new flame retardant was established, and the molecular structure of the product was analyzed by IR and NMR. Then, the preparation method of the flame-retardant epoxy resin was designed, the type of curing agent and the synthetic formula were determined, and the test method of the thermal properties and flame-retardant properties of the sample was proposed.

The results show that triazine intumescent flame retardant has a high efficiency in improving the flame retardant performance of epoxy resin, and the addition of bio based materials and phosphorus elements in the flame retardant system has an excellent effect on the green of the flame retardant.

Key words：epoxy resin；flame retardant；bio-based；cyanuric chloride

目 录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 高分子材料的燃烧过程 1

1.3 阻燃剂概述 2

1.3.1阻燃剂的分类 2

1.3.2 阻燃机理 3

1.4 阻燃环氧树脂的研究进展 4

1.5 环氧树脂固化剂概述 5

1.5.1 固化剂的意义 5

1.5.2 固化剂的分类 5

1.6 三嗪阻燃剂的概述 6

1.6.1 三嗪阻燃剂的发展 6

1.6.2 三嗪阻燃剂的发展方向 7

1.6.3 生物基阻燃剂 7

1.7 本课题的研究思路和研究内容 8

1.7.1 研究目的及意义 8

1.7.2 研究思路 8

1.7.3 研究内容 8

第2章 方案设计 9

2.1 阻燃剂的合成方案设计 9

2.1.1 原料及仪器 10

2.1.2 阻燃剂TCD的合成 10

2.1.3 合成步骤 11

2.1.4 结构表征 11

2.2 阻燃环氧树脂的制备方案设计 11

2.2.1 阻燃环氧树脂的制备 12

2.2.2 热性能测试方法 13

2.2.3 阻燃性能的测试方法 13

2.3 本章小结 13

第3章 可行性分析 14

第4章 结论 16

参考文献 17

致 谢 19

第1章 绪论

1.1 引言

在当今社会，科学技术发展的很快，在此之中，材料工业蓬勃发展，高分子材料得到了迅速发展。与金属材料和无机非金属材料技术相比，高分子材料具有优秀的性能和优异的加工性能，在国家工业生产的各个行业得到了广泛的应用。其中，三大合成材料广泛应用于化工、重工、机械、矿业、公路交通等行业，对人们的日常生活、社会发展和富强起着十分重要的作用。然而，高分子复合材料的易燃烧性能又容易导致引发火灾，给人们造成巨大的经济损失以及惨重的人员伤亡，这已成为一个日益严重的社会问题。据了解，人们研究的聚合物产品大多是易燃的，在燃烧发生过程中会产生很大有毒气体和烟雾，导致被困人员在火灾事故中吸入有毒气体、毒烟或者因为氧气的缺失而窒息。在近几十年，非常多的材料类工业的发展迅速，使各种阻燃技术有了更多清楚的认识，与此同时也研究出了拥有不同性能的阻燃剂。对于各种各样的传统阻燃材料，由于其添加了含卤阻燃剂，由于某些事故产生高温，阻燃剂便会热分解，就会生成大量的烟和对人体有害的卤化氢气体，从而造成阻碍了救火系统以及管理人员的疏散，使人窒息而亡；无机含水化合物的阻燃剂虽然解决了以上问题，但阻燃效果只有在用量大于50wt%时才能达到，这反过来又严重影响了材料的力学性能。因此，研究和讨论高分子聚合物材料的燃烧性能分析以及阻燃剂的作用机制，对减少火灾、保护人们对于生命和财产进行安全管理有着一个非常重要的意义。

1.2 高分子材料的燃烧过程

高聚物的燃烧是一种有很多化学变化和物理转化的过程，和一些危险的易燃品一样，高聚物的燃烧也需要满足产生的条件：即可燃物、较高的温度和氧化剂。从反应的程度上看，高聚物的燃烧一般需要达到四个阶段：

初始阶段为热引发反应，即由于材料周围产生高温，使得高聚物发生相态变化和分子结构变化。

变化达到一定程度接着为聚合物的热降解反应。因为反应是吸热的，所以当材料周围产生的热量充足时，即大于聚合物分子中原子间的化学键能时，聚合物开始发生热降解，这部分变化可以通过反应式来表示，可分为链引发、链增长、链支化和链终止：

1.链引发 RH → R· H·

2.链增长 R· O₂ → ROO·

RH ROO· → ROOH R·

3.链支化 ROOH → RO· HO·

2ROOH → ROO· RO· H₂O

4.链终止 2R· → R-R

R· HO· → ROH

2RO· → ROOR

2ROO· → ROOR O₂

发生化学变化后进入引燃阶段。在聚合物发生降解反应时，大气中的氧气在材料周围参加反应变化，使温度进一步增加。一旦达到某个程度后材料便会燃烧，部分热量传至内部，使得聚合物热降解程度更高，然后一直恶性循环。当聚合物热降解生成的热量可以让周围的气体挥发时，即使周围温度降低，但聚合物内部还是会不断反应。

在经历了各种转变后，最后为燃烧的扩散。当聚合物反应产生很高的温度，此时材料周围有易燃物质存在时，一旦过了那个度，那片区域就会集体起火，最后可能导致火灾的产生。并且聚合物的反应燃烧热越大，产生的热量就越大，发生重大火灾的几率就会越大。

1.3 阻燃剂概述

对于阻燃剂的分类，按阻燃剂如何加入到基体材料中的方式，可将阻燃剂分为反应型和添加型。添加型阻燃剂是按物理方式加入到基体材料中，在两者混合时不会发生化学变化。由于其阻燃工艺简单、成本低廉、阻燃剂的原材料来源广泛丰富，多应用于增加热塑性聚合物的阻燃性能；反应型阻燃剂则是将阻燃元素以共价键的形式接入到聚合物大分子链中，使其成为聚合物分子链的结构单元从而达到阻燃效果，多应用于热固性聚合物。

1.3.1阻燃剂的分类

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