[发明专利]一种具有耐高温及阻燃功能的含硼环氧树脂及制备方法

说明书

本发明涉及复合材料技术领域，具体来说是一种具有耐高温及阻燃功能的含硼环氧树脂及制备方法，其组分包括环氧硼酸酯和基体环氧树脂，所述环氧硼酸酯在基体环氧树脂中的添加量为基体环氧树脂质量的5‑60%。本发明所提供的一种具有耐高温及阻燃功能的含硼环氧树脂制备方法所制备的含硼水性环氧树脂绿色环保，且具有优异的耐温性和阻燃性，可广泛应用于对阻燃，耐温性有较高要求的领域中。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体来说是一种具有耐高温及阻燃功能的含硼环氧树脂及制备方法。

背景技术

环氧树脂具有优异的物理机械性能、电绝缘性能以及与各种材料的黏结性能，使其在国民经济的各个领域和日常生活中得到了广泛的应用。然而，普通环氧树脂耐高温180℃。一般在无氧气存在时，环氧树脂本体热分解温度在300℃以上。而在空气中使用时，一般在180～200℃就会发生热氧化分解。氧指数(LOI)是评价材料阻燃能力的重要指标，普通环氧树脂氧指数仅有19.8％，属于易燃材料，为降低火灾安全隐患，防止火灾发展和蔓延，目前，在环氧树脂复合材料中添加阻燃剂，可以很大程度抑制火焰传播，降低火灾危险性。对常用阻燃剂的研究也较为成熟，但是也存在发烟量较大、释放有害物质等问题，因此，寻求新的无毒、抑烟和高效的阻燃、耐高温环氧成为一个重要的研究课题。

含硼环氧树脂具有较高的耐温性和阻燃性能，但有关含硼环氧树脂的合成与制备研究还较少，主要是向环氧树脂中加入硼酸制备含硼环氧涂料(沈阳化工大学学报，刘学彬等，2014.03第28卷第1期)。以碳硼烷双酚A和环氧氯丙烷为原料，通过两步法缩合、聚合，制备双酚A型碳硼烷环氧树脂(CN 103992463 A)。虽然含硼环氧的研制在一定程度上解决了环氧树脂在耐温和阻燃上的问题，但是，现有材料性能尚不能满足对耐高温、阻燃环氧树脂应用领域越来越高的技术要求，也不能满足日益严苛的环保要求。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种能够广泛应用于对阻燃，耐温性有较高要求的领域中，且对于环境更为友好的含硼水性环氧树脂。

为了实现上述目的，本发明的第一方面，提供一种具有耐高温及阻燃功能的含硼环氧树脂，其组分包括环氧硼酸酯和基体环氧树脂，所述环氧硼酸酯在基体环氧树脂中的添加量为基体环氧树脂质量的5-60％。

进一步的，所选用的基体环氧树脂为双酯A环氧树脂、双酚F环氧树脂、酚醛环氧树脂中的一种或两种或两种以上的混合物。

进一步的，所述环氧硼酸酯的组分包括频哪醇二硼、环氧氯丙烷和碳酸盐催化剂，其中各组分相对于频哪醇二硼的物质的量之比为环氧氯丙烷：频哪醇二硼(m:m)1:1.5～3.5；催化剂：频哪醇二硼(m:m)1:1～3。

本发明的另一方面，提供一种上述具有耐高温及阻燃功能的含硼环氧树脂的制备方法，包括将环氧硼酸酯做为添加剂加入基体环氧树脂中，然后对该混合树脂进行水性化改性。

进一步的，所述环氧硼酸酯的制备方法包括以下步骤：以频哪醇二硼和环氧氯丙烷为原料，在催化剂作用下，反应生成环氧硼酸酯；

其反应结构式如下：

其中，Xn为K、Na、Cs或Mg。

进一步的，所述环氧硼酸酯的制备具体方法如下：

向带有搅拌、回流和温度监测装置的反应瓶中加入环氧氯丙烷、频哪醇二硼、催化剂和溶剂，N2氛围下，于90-160℃反应2-8h，反应结束，水洗，脱除溶剂，得环氧硼酸酯。收率为60％～95％。

进一步的，所采用的溶剂为甲苯、二甲苯、乙苯、二乙苯、十二烷中的一种或两种或两种以上的混合物。其中，二乙苯作为优选，溶剂的用量根据反应体系中原材料的浓度，范围为频哪醇二硼的100％-1000％。

进一步的，所选用的催化剂为碳酸钾、碳酸钠、碳酸铯、碳酸镁中的一种或两种。