四唑基P/N/S多元化合物在环氧树脂中的分解与阻燃机制研究

针对环氧树脂(EP)易燃性问题，研究人员通过5-氨基-1H-四唑(5-AT)、2-噻吩甲醛(2-TH)与DOPO合成新型P/N/S多元阻燃剂TATP。当添加4 wt%时，EP/TATP-4的LOI值达38.1%，UL-94达V-0级，热释放峰值(pHRR)和总烟产量(TSP)分别降低30.8%和51.6%，残炭量提升74%。该研究揭示了四唑环高能量特性促进噻吩低温分解的协同机制，同时赋予材料优异UV屏蔽性能(UPF=1983.2)，为多功能阻燃材料设计提供新思路。

　　

环氧树脂(EP)因其优异的机械强度、粘接性和化学稳定性，广泛应用于电子封装、航空航天等领域。然而，其高度易燃性会引发火灾隐患，传统卤系阻燃剂又面临环境压力。如何开发高效环保的阻燃解决方案成为研究热点。磷系阻燃剂DOPO虽具潜力，但单一元素作用有限。与此同时，含氮化合物释放惰性气体、含硫化合物促进成炭的特性尚未系统整合，特别是高能四唑环的热力学贡献未被充分挖掘。

为解决上述问题，国内高校研究团队在《Polymer》发表研究，通过5-氨基-1H-四唑(5-AT)、2-噻吩甲醛(2-TH)与DOPO的一锅法反应，合成新型P/N/S三元阻燃剂TATP。采用FTIR、¹H NMR和元素分析表征结构，通过LOI、UL-94和锥形量热测试评价性能，结合TG-FTIR和XPS分析机理。

材料合成与表征
TATP经两步反应制得，FTIR显示2440 cm^-1处DOPO的P-H键特征峰消失，3439 cm^-1出现仲胺峰，证实成功合成。元素分析结果与理论值误差<0.3%，XPS证明P/N/S元素均匀分布。

阻燃性能突破
添加4 wt% TATP的EP复合材料(EP/TATP-4)表现卓越：LOI从纯EP的26.5%提升至38.1%，UL-94达到V-0级。锥形量热显示pHRR(峰值热释放速率)和THR(总热释放)分别下降30.8%和32.4%，残炭量从9.7%激增至16.9%。尤为突出的是TSP(总烟产量)降低51.6%，远超同类研究。

协同阻燃机制
TG-FTIR揭示四唑环在280°C率先分解，释放N₂和NH₃稀释氧气；其放热促进噻吩环在380°C前裂解（比文献报道低100°C），产生SO₂和COS抑制燃烧。DOPO分解生成PO·自由基淬灭火焰，三者在气/凝两相协同作用：气相通过自由基捕获，凝相形成富含P-O-C和C-S的致密炭层。

多功能特性
EP/TATP-4透光率达85%，UVA波段屏蔽率>99%，UPF值高达1983.2（纯EP仅2.3）。力学测试显示拉伸/弯曲强度与纯EP相当，证明TATP在提升阻燃性时未牺牲机械性能。

该研究首次阐明四唑环的高能量特性可降低噻吩分解温度，为多元素协同设计提供新视角。所开发的TATP兼具高效阻燃、紫外屏蔽和光学透明特性，特别适用于光伏组件、光学器件等高端领域。论文通讯作者Luo Zhonglin团队指出，未来可进一步优化元素配比，探索其在其他聚合物基体中的应用潜力。