发布日期：2022-10-21
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环氧树脂(EP)是一种重要的热固性聚合物，具有优异的粘接性能、电绝缘性能、成本低廉等优点，被广泛应用于集成电路、交通运输、航空航天等领域。但EP在空气中易燃，在燃烧过程中会产生大量的有毒气体和烟雾，这会对环境和人类健康造成危害，使用时需要对其进行阻燃处理。水滑石（LDH）等无机氢氧化物阻燃剂因无卤环保等优点备受青睐，但其阻燃效率低、添加量大，加上与EP相容性差，导致添加后EP力学性能下降严重，限制了其应用。课题组结合棒状硼酸镁（MBW）和烷基磷酸酯（DDP）各自的优点，设计合成了多功能的镁基功能材料（MBW@LDH-DDP），如图1所示。
图1. 镁基功能材料合成路线图
图2. EP和EP复合材料的力学性能
EP1(EP/LDH), EP2(EP/MBW), EP3(EP/MBW@LDH), EP4(EP/MBW@LDH-DDP)
研究发现，LDH均匀包覆在MBW表面，增加了MBW表面的活性羟基，同时保留了MBW的力学增强特性。DDP中的P-OH与MBW@LDH表面的活性羟基键合，使无机复合粒子表面有机化，提升了镁基材料与EP的相容性，进而提升EP复合材料的力学性能，如图2所示。棒状硼酸镁在EP基体中形成的网络结构可以起到很好的隔热作用，包覆在其表面的LDH受热分解后形成的镁铝氢氧化物也可起到物理阻隔作用，而DDP受热分解的焦磷酸等具有催化成碳作用，同时生成的PO•自由基可以捕捉HO•等自由基，合成的MBW@LDH-DDP添加到EP中显示出优异的阻燃、抑烟性能，如图3、4所示。
图3. EP和EP复合材料的阻燃性能
图4. EP和EP复合材料的抑烟性能
国家重点实验室朱东海课题组设计并成功合成了具有阻燃、抑烟和力学增强性能的镁基多功能材料，提出了其对环氧树脂的阻燃机理主要为硼酸镁和水滑石热分解产物的物理阻隔和磷酸酯燃烧产物的催化成炭和自由基捕获作用。该研究获国家自然科学基金项目（21868030）和青海省科技厅项目（2020-ZJ-723）资助，研究成果与2022年5月22日以Enhanced flame-retardant and mechanical properties of epoxy resin by combination with layered double hydroxide, Mg2B2O5 whisker, and dodecyl dihydrogen phosphate发表于Materials & Design（IF=9.417）
文章doi： 10.1016/j.matdes.2022.110608
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.110608
