铁-磷超分子聚集体构建的防火透明耐热聚碳酸酯材料

为解决聚碳酸酯(PC)材料在阻燃性、透明性和热稳定性难以协同提升的难题，研究人员通过铁-乙酰丙酮与二苯基膦酸的配位反应合成超分子阻燃剂Fe-DPPA。该材料在仅添加0.5 wt%时即实现UL-94 V-0级阻燃，热释放峰值降低44.5%，CO释放率下降66.7%，同时保持80.5%透光率和6.4%冲击强度提升，为高性能PC开发提供新思路。

　　

聚碳酸酯(PC)作为重要的工程塑料，因其优异的光学透明性和机械强度，被广泛应用于电子设备、航空航天等领域。然而，其苯环结构带来的易燃性导致燃烧时产生熔滴、有毒烟雾和大量热量，严重威胁使用安全。传统阻燃技术往往顾此失彼——卤素阻燃剂存在环境风险，磺酸盐类虽高效但会降低材料热稳定性（如使初始分解温度T_-5%下降35℃），而磷系阻燃剂又难以兼顾低添加量与高阻燃效率。如何在不牺牲透明性、机械性能的前提下提升PC的防火安全，成为制约高端应用的关键瓶颈。

针对这一挑战，中国研究人员创新性地采用超分子化学策略，通过铁乙酰丙酮(Fe(acac)₃)与二苯基膦酸(DPPA)的金属-配体反应，构建了具有π-π堆积能力的铁-磷超分子聚集体(Fe-DPPA)。该研究发表在《Polymer Degradation and Stability》期刊，揭示了超分子界面相互作用对材料多功能协同增强的机制。

研究团队主要运用了以下关键技术：1) 水热法合成Fe-DPPA超分子；2) 热重分析(TGA)评估热稳定性；3) 锥形量热仪测定燃烧参数（如峰值热释放率PHRR）；4) UL-94垂直燃烧测试；5) 紫外-可见分光光度计检测透光率。

【材料表征】
Fe-DPPA通过Fe³⁺与DPPA的配位自组装形成，芳香环结构赋予其与PC基体的π-π堆叠相容性。红外光谱证实P=O与Fe³⁺的配位键形成，X射线衍射显示非晶态特征，确保材料光学均一性。

【性能优化】
仅添加0.5 wt% Fe-DPPA的PC复合材料即展现多重优势：冲击强度提升6.4%至85.7 kJ/m²；透光率保持80.5%（原始PC为82.1%）；初始热分解温度提高2℃，800℃残炭量增加30.7%。这种"增韧不损透"的特性源于超分子与PC链间的动态相互作用。

【阻燃机制】
燃烧测试显示突破性效果：峰值CO释放率(COPR)降低66.7%，总烟释放(TSR)减少51.2%，PHRR下降44.5%至298 kW/m²，轻松达到UL-94 V-0标准。研究发现Fe³⁺与磷元素协同催化致密炭层形成，而π-π堆砌增强了炭层与基体的界面结合力。

该研究通过精准的分子设计，首次实现了PC材料防火安全与综合性能的协同提升。Fe-DPPA的超分子结构创造了三重效应：金属-配体键增强热稳定性、磷-铁协同催化成炭、芳香环堆砌优化界面性能。这种"四两拨千斤"的策略（仅需0.5 wt%添加量），为开发透明电子器件外壳、航空阻燃部件等高端应用提供了新范式。特别值得注意的是，该方法避免了传统阻燃剂对机械性能的负面影响，反而使冲击强度获得提升，这颠覆了业界对阻燃改性的传统认知。Jihang Wang等作者的工作不仅解决了PC材料领域的关键技术瓶颈，其超分子组装思路还可拓展至其他高性能聚合物的功能化设计，具有重要的工业应用价值。