磷杂菲接枝环硅氧烷与硅藻土协同阻燃环氧树脂的制备及性能研究

针对商用环氧树脂(EPs)易燃脆性的核心缺陷，研究人员通过有机-无机协同策略，将磷硅协同阻燃剂DOPO-4Si与改性硅藻土(mDM)结合，制备出兼具优异阻燃性和机械性能的EP复合材料。EP/DOPO-4Si-1.0P的极限氧指数(LOI)达30.5%，UL-94达V-0级，热释放率(PHRR)降低38.9%，拉伸强度达47.5 MPa，为高性能EP复合材料开发提供新思路。

　　

环氧树脂(EP)因其优异的机械性能和化学稳定性，广泛应用于电子封装、航空航天等领域，但其易燃性和脆性成为制约发展的关键瓶颈。传统卤素阻燃剂因环境风险被淘汰，而无卤阻燃体系又面临效率与成本的矛盾。如何通过分子设计实现高效协同阻燃，同时保持材料综合性能，成为当前研究热点。

中国科学技术大学等单位的研究人员创新性地提出有机-无机协同阻燃策略，将自主研发的磷杂菲接枝环硅氧烷(DOPO-4Si)与改性硅藻土(mDM)复合，成功制备出综合性能优异的阻燃EP复合材料。该成果发表于《Polymer Degradation and Stability》，为解决EP材料易燃问题提供了新方案。

研究采用核磁共振(NMR)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等技术表征材料结构，通过极限氧指数(LOI)、锥形量热(CONE)和UL-94垂直燃烧测试评价阻燃性能，并结合热重分析(TGA)和力学测试评估材料综合性能。

材料与结构表征
通过¹
H/²⁹
Si/³¹
P NMR证实DOPO-4Si成功合成，XRD显示改性硅藻土(mDM)保留了原始硅藻土(DM)的晶体结构。FTIR证明DOPO-KH560通过化学键合修饰DM表面，显著提升其与EP基体的相容性。

阻燃性能分析
EP/DOPO-4Si-1.0P的LOI值达30.5%，UL-94达到V-0等级；EP/(DOPO-4Si+mDM)的峰值热释放率(PHRR)和总热释放量(THR)较纯EP分别降低38.9%和19.3%。残炭分析表明，磷元素在气/凝聚相发挥阻燃作用，硅元素促进致密炭层形成，二者协同抑制燃烧。

机械性能提升
DOPO-4Si的引入使EP拉伸强度和冲击强度分别达47.5 MPa和52.7 kJ/m²
，而mDM的加入在保持阻燃性(LOI 28.5%)的同时，仍使材料保持42.7 MPa的拉伸强度，远高于工业应用标准。

该研究通过精准的分子设计，首次实现磷杂菲环硅氧烷与硅藻土的跨尺度协同。DOPO-4Si作为有机组分提供高效阻燃和增韧效果，mDM则通过无机相增强炭层稳定性。这种"双相协同"机制不仅解决了传统阻燃剂添加量高、性能劣化的问题，更为开发高性能聚合物复合材料提供了普适性策略。 Kazakhstan科学部的资助项目(BR24992882)和中国国家自然科学基金(52321003)的支持，凸显了该研究的国际合作价值。