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环氧树脂具有高拉伸强度和模量、优异的粘结性能、良好的耐化学药品性、耐溶剂性及电绝缘性,广泛应用于胶粘剂、涂料、半导体封装材料和绝缘材料等领域,特别是近年来在高性能绝缘灌封材料方面的发展尤为迅速。然而,环氧树脂在固化过程中常伴有体积收缩,产生的收缩应力会造成材料的使用寿命降低,机械强度下降,特别是材料的韧性变差。此外,环氧树脂材料的极限氧指数(LOI)较低,属于易燃物质,离火后持续自燃易引发火灾,因此使用前一般需进行阻燃处理。本文通过分子设计,从改善环氧树脂的固化收缩性和阻燃性两方面考虑,合成了三种兼具螺环结构和阻燃元素的9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)基螺环原碳酸酯类化合物,并用作环氧树脂的固化剂对环氧树脂进行抗收缩和阻燃改性研究。合成了三种新型的DOPO基螺环原碳酸酯,分别是DOPO基双五元螺环原碳酸酯(DSOC 1)、DOPO基双六元螺环原碳酸酯(DSOC 2)和含磷氮双六元螺环原碳酸酯(DTSOC)。分别对其合成条件进行了优化,得到最佳合成条件,并采用红外光谱、核磁共振分析与元素分析等方法对合成产物的结构进行了表征。用膨胀计法跟踪测定其进行阳离子开环聚合的膨胀率,对其开环聚合产物的本征阻燃性能和耐热性能进行了测试与评价。研究结果表明：三种螺环化合物的开环聚合产物均具有较好的膨胀性能、良好的阻燃性能和较高的热稳定性。DSOC 1在160℃下进行阳离子开环聚合时,体积膨胀率为3.34%；其开环聚合产物的极限氧指数(LOI)在29%以上,UL-94测试达到V-0级；其5%分解温度为358℃,600℃下成炭率为20.25%。DSOC 2在160℃下进行阳离子开环聚合时,体积膨胀率为5.21%；其开环聚合产物的LOI达到30%以上,可通过UL-94 V-0级试验；其5%分解温度为320℃,600℃下成炭率为23.07%。DTSOC在160℃下进行阳离子开环聚合时,体积膨胀率达到5.47%：其开环聚合产物的LOI在30%以上,可达到UL-94 V-0级；其5%分解温度为309℃,600℃下成炭率为25.58%.以双酚A环氧树脂(E-51)为基体树脂,以合成的三种DOPO基螺环原碳酸酯DSOC 1、DSOC 2和DTSOC为固化剂,以三氟化硼乙胺为固化促进剂,进行非收缩性阻燃环氧树脂的制备研究。通过非等温DSC法,研究并确定了三种固化体系的固化工艺条件。采用红外光谱法,通过对改性环氧树脂固化前后环氧基团转化率的变化,研究了螺环化合物与环氧树脂的共聚反应,间接证明了螺环化合物与环氧树脂共聚固化反应的发生。采用密度法研究了螺环化合物对改性环氧树脂体积收缩率的影响,并对其抗收缩性能进行了评价,研究表明：三种螺环化合物均具有很好的抗收缩性能,改性环氧树脂的收缩性得到很大的改善,并表现出一定的体积膨胀,当螺环化合物的加入量为20 wt%时,三种固化体系的体积膨胀率分别为1.17%、1.43%和1.31%。采用LOI和UL-94垂直燃烧试验对改性环氧树脂的阻燃性能进行了测试,测试结果表明：经螺环化合物改性的环氧树脂具有较高的LOI,当螺环化合物的加入量为20 wt%时,三种固化体系的LOI分别为30.5%、30.9%和31.2%；当螺环化合物的加入量为15 wt%时,三种固化体系的UL-94测试即可达到V-O级。对改性环氧树脂的拉伸强度、粘接剪切强度和冲击强度等机械性能进行了研究,结果表明：螺环化合的加入使改性环氧树脂的拉伸强度有所下降,但下降幅度不大；粘接剪切强度和冲击强度增大,材料的韧性得到较大幅度的提高。