二氨基二苯甲烷改性聚磷酸铵的合成及在环氧树脂中的应用
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中南大学

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国家自然科学基金资助项目(51906261);湖南省重点研发计划(2020SK2057);中南大学研究生自由探索创新项目(2020zzts637)


Synthesis of Diamino Diphenyl Methane Modified Ammonium Polyphosphate and Its Application in Epoxy Resin
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    摘要:

    以二氨基二苯甲烷(DDM)和聚磷酸铵(APP)为原料,通过离子交换反应合成二氨基二苯甲烷改性聚磷酸铵(DDP),利用傅里叶变换红外光谱、核磁共振对DDP结构进行了表征。通过LOI和UL94测试、锥形量热分析、热重分析、力学性能测试分析DDP对环氧树脂的阻燃性能、成炭行为、热稳定性和力学性能的影响。结果表明,DDP在环氧树脂中表现出优异阻燃性能,添加15%DDP可使阻燃环氧树脂的总热释放量和热释放速率峰值相比于纯EP分别降低32.3%和40.8%,LOI值达到37.1%并达到UL94 V-0级。热重分析表明,DDP有效增强了环氧树脂的成炭能力,其中15%DDP阻燃环氧树脂在800 ℃时的成炭量达到34.2%。力学性能分析表明,相同添加量的DDP相比于APP能赋予环氧树脂更佳的力学性能,其中15%DDP阻燃环氧树脂的拉伸强度达到35.9MPa、弹性模量达到3844.7 MPa。

    Abstract:

    Diamino diphenyl methane modified ammonium polyphosphate (DDP) was synthesized with diamino diphenyl methane (DDM) by ion exchange reaction, and then well characterized by Fourier infrared spectrum and nuclear magnetic resonance (NMR). The effect of DDP on the flame retardancy, thermal stability and mechanical properties of flame-retarded epoxy resins was analyzed by limited oxygen index, UL94, cone calorimetry, thermogravimetric analysis, mechanical properties tester. The results show that the addition of DDP can improve the flame retardant efficiency. When 15% DDP is added, the flame-retarded EP acquires the LOI value of 37.1 % and passes the UL 94 V-0 rating, accompanying with 32.3% reduction in the peak heat release rate and 40.8% reduction of the total heat release compared to pure EP. Thermogravimetric analysis show that the addition of DDP promotes the char formation of epoxy resins, and the flame-retarded EP containing 15% DDP has the residual mass of 34.2% at 800 ℃. Mechanical properties analysis show that the same addition of DDP imparts the higher tensile strength and elastic modulus to epoxy resin compared to APP. When 15% DDP is added, the flame-retarded epoxy resin shows the tensile strength of 35.9 MPa and elastic modulus of 3844.7 MPa.

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  • 收稿日期:2021-07-12
  • 最后修改日期:2021-08-28
  • 录用日期:2022-03-25
  • 在线发布日期: 2022-04-02
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