用于高性能环氧树脂的π-共轭阻燃剂的分子与工艺工程集成研究

环氧树脂阻燃体系优化与协同阻燃机理研究，采用可见光光催化连续流合成技术制备苯并噻唑磷氧化物阻燃剂，实现90%原子经济性绿色合成，2wt%添加量使环氧树脂达到UL-94 V-0等级，LOI达34.0%。气相磷氮自由基淬灭与凝聚相硫磷催化炭化协同作用，烟释放量降低10.2%，热释放减少16.0%，同时提升拉伸强度7.7%和透光率8.0%。

　　

通过分子改性方法开发阻燃环氧树脂（EPs）一直面临着一个根本性的权衡问题：即在添加大量阻燃剂的同时，如何保持材料的机械性能和光学性能，并确保合成过程对环境友好。在这项研究中，我们采用了一种集成的分子工程和工艺工程策略来克服这一难题。我们利用可见光光催化连续流技术，在温和的条件下合成了一种具有特定π共轭结构的苯并噻唑磷氧化物（BTPO）阻燃剂。这种绿色合成方法实现了直接的C(sp²)–P键合，具有出色的可持续性指标：原子经济性达到90%，E因子为4.5，工艺质量强度（PMI）为5.5。该分子设计使得在仅添加2 wt%的BTPO时就能显著抑制燃烧，使环氧树脂获得UL-94 V-0等级的阻燃性能，极限氧指数（LOI）达到34.0%。热解分析表明，这种阻燃剂的阻燃机制分为两个阶段：（1）磷和氮基自由基的快速释放有效抑制了气相中的H^•/OH^•自由基；（2）硫和磷化合物在固相中促进了炭层的石墨化。这种协同作用显著提高了防火安全性，炭层产率从13.1%增加到20.8%，总烟雾产生量（TSP）减少了10.2%，总热量释放（THR）降低了16.0%。更重要的是，π共轭结构的存在增强了树脂与基体的相容性，减少了相分离现象，从而使环氧树脂的拉伸强度提高了7.7%，光学透明度提高了8.0%（与纯环氧树脂相比）。这项工作为多功能添加剂的设计树立了一个可持续的范例，证明了综合的分子工程和工艺工程能够解决高性能聚合物复合材料中长期存在的矛盾。