Fe/Co/Cu-二苯基膦酸配位化合物在柔性聚氨酯泡沫中的协同阻燃作用：机理研究

《Polymer Degradation and Stability》：Synergistic Flame-retardant Action of Fe/Co/Cu-Diphenylphosphonic Acid Coordination Compounds in Flexible Polyurethane Foam: A Mechanistic Study

研究铜、钴、铁与二苯基膦酸酯形成的配合物对聚醚聚氨酯泡沫（FPUF）阻燃性能的影响。结果表明，5% DPPA-Cu提升LOI至21.3%并通过Cal TB117测试，而DPPA-Co和DPPA-Fe无显著阻燃效果，但DPPA-Fe燃烧时无熔滴产生。分析发现金属离子通过调控炭层形成和自由基反应路径影响阻燃机理，为FPUF阻燃剂设计提供新思路。

　　
本研究聚焦于磷基阻燃剂与金属离子的协同作用机制，通过系统比较三种金属配合物（DPPA-Cu、DPPA-Co、DPPA-Fe）在柔性聚脲泡沫（FPUF）中的应用效果，揭示了金属离子种类对阻燃性能的关键调控作用。实验表明，金属离子的氧化态、几何构型及催化特性直接影响磷配体的阻燃效能。具体而言，Fe3?配合物在抑制滴落现象方面表现出独特优势，而Cu2?配合物在提升氧指数（LOI）方面效果显著。研究为开发高效、低烟的磷-金属协同阻燃体系提供了重要理论依据。

在材料制备方面，采用5重量百分比负载量的三种配合物进行改性。通过扫描电镜（SEM）和能谱分析（EDS）发现，DPPA-Cu形成松散的颗粒状结构，DPPA-Co呈现针状结晶形态，DPPA-Fe则形成致密的块状结构。红外光谱（FTIR）证实了磷氧键的稳定性，且不同金属配位导致特征吸收峰位移，暗示金属离子与磷配体的相互作用模式存在差异。

燃烧行为测试显示，DPPA-Cu改性后的FPUF氧指数提升至21.3%，达到自熄临界值，同时释放的烟密度较对照样品降低约40%。值得注意的是，DPPA-Fe改性泡沫虽未显著提升氧指数（维持17.8%），但完全抑制了滴落现象。显微热分析表明，三种配合物均能促进碳层形成，但Cu2?配合物更易在气相中分解产生磷自由基，从而强化阻燃效果。

残炭结构分析发现，DPPA-Cu产生的炭层厚度达2.3mm，孔隙率低于15%，形成致密防护层；而DPPA-Fe生成的炭层孔隙率高达42%，虽碳含量相同（约35wt%），但多孔结构对烟气的过滤效率提升约60%。这解释了为何DPPA-Fe虽未显著提高LOI，但能有效降低烟雾生成量。

研究揭示了金属离子的双重调控机制：Cu2?通过气相磷自由基捕获显著抑制燃烧，但过量自由基导致不完全燃烧；Fe3?通过改变炭层微观结构实现热释放和烟密度双重抑制。Co2?配合物则表现出中间特性，其热稳定性介于Cu2?和Fe3?之间，导致阻燃效果不突出。

该成果突破了传统磷阻燃剂"阻燃强烟大"的技术瓶颈，为开发绿色环保型阻燃剂提供了新思路。研究团队后续计划探索金属-磷复合体系的协同效应，并通过分子动力学模拟揭示不同金属离子对炭层形成的影响机理，以指导新型阻燃剂的设计优化。

在应用领域，该研究对建筑保温材料、交通工具内饰材料等具有直接指导意义。特别是发现Fe3?配合物在滴落抑制方面的潜力，为解决聚氨酯泡沫燃烧滴落难题提供了有效解决方案。此外，金属离子与磷配体的动态配位机制研究，可能为开发可控释放型阻燃剂开辟新途径。