天然多糖介导杂化膨胀型阻燃剂实现环氧树脂高防火安全性与力学性能协同提升

针对环氧树脂(EP)难以兼顾阻燃性与力学性能的难题，研究人员通过天然单宁酸(TA)介导组装策略构建了类番荔枝形杂化阻燃剂ZTA（含APP/TA/ZB），使含5 wt% ZTA的EP复合材料达到UL-94 V0级，热释放峰值(PHRR)降低53.8%，烟释放峰值(PSPR)下降44.2%，同时通过机械互锁结构保持力学完整性，为高性能EP开发提供新思路。

　　

环氧树脂(EP)作为航空航天和电子封装领域的关键材料，其易燃特性导致火灾中大量热/烟释放，严重威胁安全。尽管聚磷酸铵(APP)等无卤阻燃剂被广泛应用，但单一APP存在热稳定性差、碳化效率低等问题，且传统改性方法往往牺牲力学性能。如何实现阻燃性、抑烟性与力学性能的协同提升，成为制约EP高端应用的核心瓶颈。

中国某研究团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表研究，创新性地利用天然单宁酸(TA)的多羟基特性，通过氢键和配位作用将硼酸锌(ZB)微球组装在APP表面，构建了具有突起结构的杂化阻燃剂ZTA。该设计巧妙结合了APP的气相稀释效应、TA的碳源作用以及ZB的催化成炭能力，使EP复合材料在仅添加5 wt% ZTA时即通过UL-94 V0认证，峰值热释放率(PHRR)和烟释放率(PSPR)分别显著降低53.8%和44.2%。更引人注目的是，ZTA表面的突起结构促使EP基体形成机械互锁界面，使弯曲强度和冲击强度分别保留原始EP的92.3%和89.7%，突破了阻燃剂添加导致力学性能下降的传统困境。

关键技术包括：1) 乙醇/水体系中TA介导的ZB-APP界面组装工艺；2) 锥形量热(CONE)测试量化燃烧行为；3) 扫描电镜(SEM)表征炭层形貌；4) 万能材料机评估力学性能。

【Structural characterization of ZTA】
傅里叶红外光谱(FTIR)证实TA通过P-OH···HO氢键与APP结合，X射线光电子能谱(XPS)显示Zn²⁺
与TA酚羟基的配位作用。这种多机制界面工程使ZB均匀锚定在APP表面，形成类似番荔枝的微球突起结构。

【Conclusion】
研究证明：1) ZTA通过APP/TA/ZB三组分协同作用，在燃烧时形成致密杂化炭层，其残炭量较纯EP提升8.7倍；2) ZB延缓APP分解温度至280°C以上，匹配EP燃烧过程；3) 突起结构产生的机械咬合效应使复合材料界面结合强度提升214%。该工作为开发"阻燃-抑烟-强韧"一体化的高性能EP提供了普适性策略，其生物质介导的界面工程思想可拓展至其他聚合物体系。

特别值得注意的是，研究团队通过国家重点研发计划(2021YFB3700201)和山东省泰山学者计划(tsqn202211126)支持，彰显了该成果在国家新材料安全战略中的应用价值。第一作者Lv Hong-Bin与Song Xiang的并列贡献，以及Shao Zhu-Bao教授的跨学科指导，体现了基础研究与工程应用的深度融合。这项研究不仅解决了EP材料的关键技术瓶颈，更为绿色阻燃剂的设计提供了全新的生物模板思路。