环氧树脂(EP)由于具有优异的机械强度、电绝缘性和耐腐蚀等优点被广泛应用于生活和工程应用上,并成为了重要的热固性材料和工业上不可或缺的材料之一。然而可惜的是,环氧树脂本质上是一种易燃材料,一旦点燃就无法自熄,这对人类的健康和生命安全都造成了极大的危险,并且也限制了它在各个领域的广泛应用,因此提高环氧树脂的阻燃性是十分必要的。在传统的阻燃剂中,卤系阻燃剂是提高环氧树脂阻燃性能的高效阻燃剂,尤其是溴系阻燃剂,但由于卤系阻燃剂在燃烧过程中,会释放出大量对人体和环境有害的有毒物质,所以目前国家有关部门已禁止使用此类阻燃剂,基于此,卤系阻燃剂已逐步被淘汰。而与此同时,磷系阻燃剂因其低毒、环保和高效阻燃的优点而得到了广泛的关注。但值得注意的是,社会的当前需求是不断变化的,所以尽管现在研发出来的有些阻燃剂可以使环氧树脂具有优异的阻燃性能,但为了满足我们不断发展的制造环境的要求,所以现在不仅仅只是要求环氧树脂具有高效阻燃性,更需要赋予环氧树脂更多的性能,即为多功能化环氧树脂。
基于此,为充分利用磷系阻燃剂的高效阻燃性并赋予环氧树脂多功能化,我们提出通过将有机磷化合物二苯基次膦酰氯(DPPC)跟2-巯基苯并咪唑(MBI)进行反应,成功合成得到了多功能化阻燃剂S-苯并咪唑基二苯基硫代膦酸酯(DP-MBI),赋予环氧树脂多功能化,测试结果表明,仅加入3 wt% 的DP-MBI,就可以使环氧树脂样条在垂直燃烧测试中通过了V-0等级以及极限氧指数值达到32.6%,与此同时,燃烧过程中释放的热和烟也得到了有效地抑制,这主要是由于磷、氮和硫元素在气相中的协同作用;此外,由于阻燃剂DP-MBI与环氧基体之间的π-π共轭作用和氢键的存在使得力学性能得到提高,加入3 wt% DP-MBI后,其弯曲和冲击强度分别从纯环氧的104.7 MPa 和 31.1 kJ/m2 增加到了 111.2 MPa 和37.1kJ/m2。除此之外,紫外测试结果表明将阻燃剂DP-MBI加入到环氧树脂后,改性环氧在保持高透明度的同时,也表现出了优异的紫外屏蔽性能,所以,它在要求环氧树脂的阻燃剂负载量低,且具有出色的阻燃性和机械强度以及高透明度的应用领域中具有广阔的前景。相关成果详见https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2022.110056.