Sintesi, caracterització i entrecreuament de noves reïnes epoxi fosforades retardants de la flama

Abstract

Los compuestos organofosforados han demostrado ser buenos retardantes para materiales con un elevado contenido en oxigeno, como es el caso de las resinas epoxi, además de generar menos gases tóxicos y humo que los compuestos halogenados. Así, se ha descrito como la introducción de óxidos de fosfina, tanto en la cadena de resina epoxi como en el agente de curado, les confiere buenas propiedades retardantes a la llama ya que actúan a través de un mecanismo de intumescencia, formando una capa aislante que constituye una barrera física y térmica a la combustión. Los objetivos de este trabajo son la síntesis y el entrecruzamiento de nuevas resinas epoxi fosforadas, y el estudio de sus propiedades térmicas, mecánicas i de retardáncia a la llama.<br/>Una via de obtención de resinas epoxi fosforadas es la síntesis de prepolímeros fosforados derivados de IHPO i DGEBA así como de un nuevo diglicidilo alifático, el HEDGE, sin embargo en este caso a medida que el HEDGE reaccionaba con el IHPO formando el prepolímero, al mismo tiempo se producía su homopolimerización. De la misma forma que en el caso del IHPO, se intentó alargar la cadena del Fyrol 6 mediante su reacción con DGEBA o con EPC en preséncia de TBAH, pero no se produjo la reacción esperada lo que hizo que se descartara esta via de síntesis de resinas epoxi fosforadas.<br/>Una via alternativa es la síntesis de diglicidilos fosforados por lo que se hizo reaccionar el IHPO con EPC en medio básico y en preséncia de un catalizador de transferéncia de fase. Este nuevo diglicidilo experimenta reacciones de isomerización y descomposición a temperaturas elevadas, junto con la reacción de homopolimerización térmica, lo que hace necesario el uso de un catalizador en la reacción de curado, ya sea catiónico o aniónico.<br/>Otra forma de introducir fósforo en la resina epoxi es curando compuestos diglicidílicos con agentes de curado que contengan el grupo P=O. Por esta razón se sintetizaron dos aminas fosforadas, el BAMPO, una diamina que incorpora el grupo P=O unido directamente a dos anillos aromáticos, y la 2DOPO-A, una diamina que incorpora dos moléculas de DOPO en su estructura. También se sintetizó el DAPPO, una diamida donde el nitrógeno tiene una unión directa con el átomo de fósforo, que se decidió no incluir en el estudio de las reacciones de curado con los diglicidilos sintetizados, porqué producía grados de curados bajos.<br/>Una vez obtenidos los compuestos fosforados se estudió la reacción de curado del DGEBA con cinco aminas primárias (HMDA, DAT, DDM, BAMPO y 2DOPO-A) y se comparó con los resultados obtenidos del curado del IHPO-Gly y el HEDGE con estas cinco aminas. De este estudio se desprende que los tres glicidilos presentan temperaturas de reacción similares, sin que se pueda establecer ninguna relación con la estructura química del glicidilo, a diferéncia de las Tg obtenidas, que se ven afectadas tanto por la estructura del diglicidilo como del agente de curado. También se realizaron mezclas de IHPO-Gly con HEDGE o DGEBA, en proporciones que contenian el 1, el 3, el 5 y el 7% de P para poder ver la influéncia de la cantidad de fósforo presente en las resinas finales, que se curaron con DAT y con DDM. En los sistemas IHPO-Gly/HEDGE se observó un augmento de la Tg con la preséncia de la unidad P=O, mientras que en los sistemas IHPO-Gly/DGEBA la variación de la Tg se asocia a la preséncia de la estructura aromática.<br/>Mediante la técnica del DMTA se pudieron observar las Tg de los materiales obtenidos, así como una relajación hacia -50 provocada por los segmentos de los anillos oxiránicos abiertos, en todos los casos. Mediante la técnica del TGA se pudo determinar que la preséncia de fósforo inhibe la degradación oxidativa del resto carbonado en atmosfera de aire, produciendo la formación de un residuo intumescente que protege el material del fuego. Finalmente, mediante la aplicación del Test UL-94 de quemado vertical, todos los materiales fueron clasificados como V-0.

The organophosphorus compounds have demonstrated to be good flame retardants for materials with a high content in oxygen, since it is the case of the epoxy resins, beside less toxic gases and smoke generated that the halogen compounds. This way, it has been described as the introduction of phosphine oxides, so much in the chain of epoxy resin as in the curing agent, awards good properties of flame retardant since they act across a mechanism of lump, forming an insulating cap that constitutes a physical and thermal barrier to the combustion. The aims of this work are the synthesis and the crosslinking of new epoxy resins containing phosphorus, and the study of his thermal, mechanical and flame retardant properties.<br/>A route of obtaining epoxy resin containing phosphorus is the synthesis of phosphorus containing prepolymers derivatives of IHPO i DGEBA as well as of a new aliphatic diglycidyl, the HEDGE, nevertheless in this case as the HEDGE was reacting with the IHPO forming the prepolymer, at the same time his homopolymerization was taking place. In the same way as in case of the IHPO, the chain of the Fyrol 6 tried to lengthen by means of his reaction with DGEBA or with EPC, but the awaited reaction did not produce to itself what did that there was discarded this route of synthesis of phosphorus containing epoxy resins.<br/>An alternative route is the synthesis of phosphorus containing diglycidyl for what the IHPO made be reacted by EPC in basic way. This new diglycidyl experiences reactions of isomerization and decomposition to high temperatures, together with the reaction of thermal homopolymerization, which makes the use of a catalyst necessary in the reaction of treated, already is cationic or anionic.<br/>Another way of introducing phosphorus in the epoxy resin is treating diglycidyl compounds with curing agents that contain the group P=O. For this reason two phosphine oxide containing amino groups were synthesized, the BAMPO, a diamina that incorporates the group P=O joined directly two aromatic rings, and the 2DOPO-A, one diamina that incorporates two DOPO's molecules in his structure. Also the DAPPO was synthesized, a diamida where the nitrogen has a direct union with the atom of phosphorus, which was decided to include in the study of the reactions of treated by the synthesized diglycidyl, because was producing low degrees of crosslinking.<br/>Once obtained the phosphorus compounds was studied of the curing reaction of the DGEBA by five curing agents (HMDA, DAT, DDM, BAMPO and 2DOPO-A) and was compared with the results obtained of curing of the IHPO-Gly and the HEDGE with these five aminas. Of this study it is clear that the three diglycidyl present similar temperatures of reaction, without it could establish no relation with the chemical structure of the diglycidyl, to different of the obtained Tg, which meet affected so much for the structure of the diglycidyl as of the curing agent. Also IHPO-Gly's mixtures realized with HEDGE or DGEBA, in proportions that contain the 1, 3, 5 and 7 % of P to be able to see the influence of the quantity of present phosphorus in the final resins, which they react with DAT and with DDM. In the systems IHPO-Gly/HEDGE an increase of the Tg was observed by the presence of the unit P=O, whereas in the systems IHPO-Gly/DGEBA the variation of the Tg is associated with the presence of the aromatic structure.<br/>By means of the technology of the DMTA could be observed the Tg of the obtained materials, as well as an easing towards-50 provoked by the segments of the oxyranic rings opened, in all the cases. By means of the technology of the TGA it was possible to determine that the presence of phosphorus disables the oxidative degradation of the carbonated rest in air atmosphere, producing the formation of a intumescent residue that protects the material of the fire. Finally, by means of the application of the Test UL-94 of vertical burned, all the materials were classified like V-0.