噻唑基有机磷阻燃剂的制备及其阻燃环氧树脂性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.08.013

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (8): 83-87.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.08.013

噻唑基有机磷阻燃剂的制备及其阻燃环氧树脂性能研究

栾金明(), 魏子豪, 刘恬希, 严石静, 徐伟华()

广西民族大学材料与环境学院，广西先进结构材料与碳中和重点实验室，广西高校环境友好材料及碳中和新技术重点实验室，南宁 530105

收稿日期:2024-06-21 出版日期:2025-08-26 发布日期:2025-07-30
通讯作者: 徐伟华（1986—），男，副教授，从事无卤阻燃聚合物基复合材料研究，59693506@qq.com
E-mail:1401939005@qq.com;59693506@qq.com
作者简介:栾金明（1999—），男，从事无卤阻燃环氧树脂研究，1401939005@qq.com
基金资助:
广西自然科学基金项目(2023GXNSFBA026126);广西碳酸钙资源综合利用重点实验室开放课题项目(HZXYKFKT202307);广西民族大学引进人才项目(2018KQJD03)

Thiazole⁃based organophosphorus flame retardant： synthesis and application in epoxy resin

LUAN Jinming(), WEI Zihao, LIU Tianxi, YAN Shijing, XU Weihua()

Guangxi Colleges and Universities Key Laboratory of Environmental?friendly Materials and New Technology for Carbon Neutralization，Guangxi Key Laboratory of Advanced Structural Materials and Carbon Neutralization，School of Materials and Environment，Guangxi Minzu University，Nanning 530105，China

Received:2024-06-21 Online:2025-08-26 Published:2025-07-30
Contact: XU Weihua E-mail:1401939005@qq.com;59693506@qq.com

摘要/Abstract

摘要：

采用一锅法制备了噻唑基有机磷阻燃剂（D⁃P⁃A），并通过红外光谱仪（FTIR）和核磁共振仪（NMR）对其结构进行表征，研究D⁃P⁃A对双酚A型环氧树脂（DGEBA）/4，4′⁃二氨基二苯甲烷（DDM）固化体系阻燃性能、热稳定性的影响。结果表明，D⁃P⁃A为目标结构产物并具有良好的催化成炭效应，当阻燃环氧树脂的磷含量为0.8 %（质量分数，下同）时，垂直燃烧测试可以通过UL94 V⁃0级，热释放速率峰值（p⁃HRR）、平均热释放速率（av⁃HRR）、总热释放量（THR）分别仅为423.8 kW/m²、189.7 kW/m²和114.1 MJ/m²，与未改性的环氧树脂相比降低了51.2 %、25.5 %和25.6 %，在800 ℃时的质量保留率也由17.5 %提升至21.2 %，表现出优异的阻燃性能。

关键词: 环氧树脂, 无卤阻燃, 协同阻燃, 本征阻燃

Abstract:

A novel thiazole⁃based organophosphorus flame retardant （D⁃P⁃A） was successfully synthesized via a one⁃pot method and its structure was characterized using FTIR and NMR spectroscopy. The effect of the resulting compound on flame retardancy and thermal stability were systematically evaluated in a bisphenol⁃A epoxy resin/4，4′⁃diaminodiphenylmethane curing system. Structural analysis confirmed the successful preparation of the target D⁃P⁃A compound， which exhibited remarkable char⁃forming catalytic activity. At a phosphorus loading of merely 0.8 wt%， the modified epoxy resin achieved a UL94 V⁃0 rating in vertical burning tests. Cone calorimetry demonstrated a significant improvement in fire performance， with peak heat release rate （pHRR）， average heat release rate （av⁃HRR）， and total heat release （THR） reduced by 51.2% （423.8 kW/m²）， 25.5% （189.7 kW/m²）， and 25.6% （114.1 MJ/m²）， respectively， compared to the pristine resin. Furthermore， thermogravimetric analysis revealed enhanced char residue at 800 ℃， increasing from 17.5 wt% to 21.2 wt%. These results collectively demonstrated the exceptional flame⁃retardant efficiency of D⁃P⁃A in epoxy resins， making it a promising candidate for high⁃performance fire⁃safe polymer applications.

Key words: epoxy resin, halogen?free flame retardant, synergistic flame retardant, intrinsic flame retardant

中图分类号:

TQ323.5

栾金明, 魏子豪, 刘恬希, 严石静, 徐伟华. 噻唑基有机磷阻燃剂的制备及其阻燃环氧树脂性能研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(8): 83-87.

LUAN Jinming, WEI Zihao, LIU Tianxi, YAN Shijing, XU Weihua. Thiazole⁃based organophosphorus flame retardant： synthesis and application in epoxy resin[J]. China Plastics, 2025, 39(8): 83-87.

图/表 13

图1 D⁃P⁃A的合成路线

Fig.1 Synthetic route of the D⁃P⁃A

试样	DGEBA/g	DDM/g	D⁃P⁃A/g	磷含量/%
EP⁃1	100	25.3	0	0
EP⁃2	100	22.8	7.3	0.4
EP⁃3	100	21.5	11.2	0.6
EP⁃4	100	20.1	15.3	0.8

表1 阻燃环氧树脂的配方

Tab.1 Formulations of the flame retardant epoxy resin

图2 D⁃P⁃A的FTIR谱图

Fig.2 FTIR spectra of D⁃P⁃A

图3 D⁃P⁃A的1H⁃NMR谱图

Fig.3 1H⁃NMR spectrum of D⁃P⁃A

图4 D⁃P⁃A的31P⁃NMR谱图

Fig.4 31P⁃NMR spectrum of D⁃P⁃A

试样	t₁ +t₂ /s	熔滴	等级
EP⁃1	持续燃烧	是	—
EP⁃2	14.3±2.1	否	V⁃1
EP⁃3	11.1±1.3	否	V⁃1
EP⁃4	6.7±1.4	否	V⁃0

表2 阻燃环氧树脂的UL94垂直燃烧测试结果

Tab.2 UL94 vertical burning test results of the flame retardant epoxy resin

试样	TTI/ s	p⁃HRR/ kW·m^-2	av⁃HRR/ kW·m^-2	THR/ MJ·m^-2	av⁃MLR/ g·s^-1	TSP/ m²
EP⁃1	52	867.9	254.8	153.1	0.088	61.1
EP⁃2	72	611.3	195.7	117.7	0.043	53.1
EP⁃3	77	456.5	190.1	114.3	0.044	56.7
EP⁃4	77	423.8	189.7	114.1	0.043	53.0

表3 阻燃环氧树脂的锥形量热测试结果

Tab.3 Cone calorimetry test results of the flame retardant epoxy resin

图5 阻燃环氧树脂的HRR曲线

Fig.5 HRR curves of the flame retardant epoxy resin

图6 阻燃环氧树脂的THR曲线

Fig.6 THRcurves of the flame retardant epoxy resin

图7 锥形量热测试残炭照片

Fig.7 Cone calorimeter test residues photos

图8 阻燃环氧树脂的TG曲线

Fig.8 TG curves of the flame retardant epoxy resin

图9 阻燃环氧树脂的DTG曲线

Fig.9 DTG curves of the flame retardant epoxy resin

试样	T_{d 5 %}/℃	T_{d max}/℃	R₈₀₀/%	V_max/%·min^-1
EP⁃1	368.4	386.2	17.5	18.1
EP⁃2	343.3	371.5	20.6	13.5
EP⁃3	331.6	365.7	20.8	11.9
EP⁃4	325.8	362.8	21.2	11.3

表4 阻燃环氧树脂的热性能数据

Tab.4 Thermal properties data of the flame retardant epoxy resin

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噻唑基有机磷阻燃剂的制备及其阻燃环氧树脂性能研究

Thiazole⁃based organophosphorus flame retardant： synthesis and application in epoxy resin

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