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针对热塑性苯乙烯弹性体(TPS)易燃且传统磷氮阻燃剂效率低、相容性差的问题，研究人员设计合成含P-C/P-O结构的哌嗪衍生物阻燃剂PDHP。通过25 wt%添加量使TPS通过UL-94 V-0认证，热释放率峰值(PHRR)降低77.6%，并保持力学性能。该研究为高性能阻燃TPS复合材料提供了分子设计新思路。

　　

随着新能源、轨道交通等领域的快速发展，被称为"第三代橡胶"的苯乙烯热塑性弹性体(TPS)因其优异的综合性能被广泛应用。然而，TPS极易燃烧并产生熔滴和浓烟，给电子设备等领域带来重大安全隐患。目前主流的磷氮阻燃剂虽能降低TPS可燃性，但普遍存在添加量高(>30 wt%)、力学性能下降明显等问题，难以满足新兴领域对材料高性能化的需求。

针对这一挑战，中国东北林业大学的研究团队创新性地设计出单分子结构的二乙基次膦酸-磷酸哌嗪(PDHP)阻燃剂，相关成果发表于《Polymer Degradation and Stability》。该研究通过离子交换和复盐反应构建同时含P-C和P-O键的分子结构，结合FTIR、NMR等技术表征，并采用锥形量热、热重分析等手段系统评估性能。

材料与结构设计

通过哌嗪(PA)、磷酸和次磷酸钠(SDHP)的离子交换反应合成PDHP。FTIR显示1476 cm^-1处P-C键特征峰，证实分子结构成功构建。核磁共振谱中δ=1.3 ppm处乙基质子峰，表明终端乙基结构的存在。

阻燃性能突破

添加25 wt% PDHP的TPS复合材料通过UL-94 V-0级测试，极限氧指数(LOI)从17%提升至27.6%。锥形量热测试显示热释放率峰值(PHRR)和总热释放量(THR)分别降低77.6%和18.3%。气相色谱-质谱联用(GC-MS)检测到PO·等自由基，证实气相阻燃机制；残炭拉曼光谱显示石墨化程度提高，说明催化成炭作用。

力学性能平衡

与传统阻燃体系不同，PDHP使TPS弹性模量提升约2倍。分子动力学模拟显示PDHP与TPS的溶解度参数差仅为0.72 (J/cm³)^1/2，远低于常见磷氮阻燃剂，从分子层面解释了其优异的相容性。

这项研究通过精准的分子设计，首次实现单分子阻燃剂在25 wt%添加量下同时满足UL-94 V-0标准和力学性能保留。所提出的P-C/P-O协同阻燃机制和终端乙基相容性调控策略，为开发高性能阻燃弹性体提供了新范式。该成果不仅解决了阻燃剂高添加量与力学性能劣化的矛盾，更为新能源装备等特殊应用场景的材料设计提供了重要参考。