一锅法（one-pot formulations）由于具有成型时间短、产品质量稳定、环境污染小等优点而备受关注，该体系通常由预聚体和潜伏性固化剂组成，可在常温条件下长期储存，而受到外部刺激时可在几小时内固化。在环氧树脂（EPs）体系中，环氧树脂/咪唑体系因高效快速的固化反应而备受关注。然而，常见的液体环氧树脂/咪唑体系在常温条件下会在几天内形成交联网络并转变为不溶的固体。已有工作多致力于通过稳定咪唑分子中氮原子的孤对电子来制备热潜伏性固化剂。其策略通常分为四类：（i）制备咪唑与金属阳离子的配合物、（ii）咪唑的胶囊化、（iii）使用咪唑盐离子液体及（iv）将咪唑中的N-H键与刚性基团反应。然而这些方法在实际使用中仍有局限性，开发具有良好加工性能的单组分环氧树脂/咪唑配方和具有高性能的热固性树脂仍然是一个巨大的挑战。
最近，华南理工大学的赵建青教授与刘述梅教授团队合成了含苯并咪唑和磷的聚醚酰亚胺（mPI，图1）用于环氧树脂的潜伏性固化剂和阻燃剂，并研究了mPI对环氧树脂体系的固化行为和贮存稳定性的影响，以及EP/mPI树脂的阻燃性能、热性能、力学性能和介电性能。该工作以“Design and
synthesis of polyetherimides as a flame-retarded thermolatent hardener for
high-performance epoxy thermosets”为题发表在《Composites Part B: Engineering》上。第一作者为华南理工大学的Liu Xing，华南理工大学的赵建青教授与刘述梅教授作为通讯作者。![]()
图1. mPI的结构特征及对EP的性能提升作用。
与小分子固化剂BIM（苯并咪唑）不同，mPI是一种大分子固化剂。在固化反应（图2a）发生之前，EP/mPI具有更高的粘度，导致分子运动受阻和固化反应活性降低。作者认为mPI的反应活性与其主链链段的活动性密切相关，mPI中苯并咪唑基团引发固化反应需要高于玻璃化转变温度（Tg）的温度，而低于Tg不具有引发固化反应的能力（图2b）。咪唑引发的环氧阴离子聚合的反应速率极高，因此，传统的环氧树脂/咪唑体系几乎不具有储存稳定性。EP/BIM在2天内就发生了固化，EP/mPI的存放期限可超过70天，这是由于在显著低于Tg的环境温度下储存时mPI是惰性的。图2.（a）环氧树脂与苯并咪唑可能的固化反应机理和（b）EP/mPI潜伏性固化行为。
EP/BIM在UL-94测试中无等级。而EP/mPI表现出自熄性，且无熔滴现象，达到V-0级。EP/mPI的极限氧指数（LOI）为31.2 %，显著高于EP/BIM的20.8 %。锥形量热测试的结果如图3所示，EP/mPI的点燃时间（TTI）延长（58 s vs 47s），峰值热释放速率（PHRR）和总热释放量（THR）分别从EP/BIM的1325.0 kW/m2和165.8 MJ/m2降至351.7 kW/m2和74.8 MJ/m2。EP/mPI在600 s测试后的残炭量为38.8 %，是EP/BIM的11倍。EP/mPI在600 s时的总烟释放量（TSP）为27.5 m2，比EP/BIM降低了29.7 %。图3. 环氧热固性树脂的锥形量热测试结果（a）HRR、（b）THR、（c）质量损失曲线和（d）TSP曲线。【介电性能】
图4为环氧热固性材料的介电常数和介电损耗随频率的变化曲线。EP/mPI表现出较好的介电性能，在100
MHz时介电常数和介电损耗分别为4.01和0.028，均低于EP/BIM（4.16和0.041）。这是由于mPI除了降低环氧树脂的极化率，同时提高了自由体积。图4. 环氧热固性树脂的（a）介电常数和（b）介电损耗的频率依赖性。原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2023.110754作者|李勇江
校审|刘杰
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