近年来，由潜伏型固化剂和环氧树脂组成的单组分环氧树脂因运输方便和易于自动化加工等特点，在电子封装材料、碳纤维复合材料、胶粘剂等生产中得到了广泛的应用。然而，环氧树脂固有的可燃性和易碎性限制了其应用。此外，航空航天、5G通信等高科技领域的快速发展对单组分环氧树脂的强度、介电性能、适用期、快速固化和透明性提出了更高的要求。因此，发展具有优异韧性、强度、阻燃性、透明性、介电性能、长适用期和快速固化性的单组分环氧树脂至关重要。
近日，哈尔滨工业大学的黄玉东教授团队/刘丽教授团队以苯基三氯硅烷和DOPO衍生物（DHDP）为原料，合成了一种含有P/N/Si的超支化聚合物（Si-DP）(图1)，为制备具有高阻燃性、高强度、高韧性、低介电性能、透明性和长适用期的单组分环氧树脂提供了一种新策略。该研究工作以“Flame retardant, toughened, reinforced, transparent and long shelf-life one-component epoxy resins via a P/N/Si-containing hyperbranched polymer”为题发表在《Chemical Engineering Journal》期刊。文章第一作者是哈尔滨工业大学的柴铭茁，通讯作者是哈尔滨工业大学的黄玉东教授和刘丽教授。
【阻燃性能】
图2. （a）热释放速率，（b）总热释放量，（c）烟雾释放速率和（d）总烟雾释放量。
【阻燃机理】
【力学性能】
随着Si-DP含量的增加，EP10/Si-DP的冲击强度、拉伸强度和弯曲强度先增加后降低，Si-DP含量为5 wt %时，分别达到最大值98.3 MPa，175.8 MPa和34.3 kJ/m2，比EP10分别高74.0 %、60.7 %和261.1 %。Si-DP的分子内空腔和降低的交联密度增加了EP10/Si-DP的自由体积。丰富的刚性基团、Si-O柔性链段、增加的自由体积和优异的界面结合等综合作用，使EP10/Si-DP的强度和韧性大幅提高。
【介电性能、透明性与适用期】
EP10的介电常数分别为4.97（102 Hz）和4.14（108 Hz），引入Si-DP后介电常数和介电损耗明显降低。EP10/Si-DP5的介电常数分别为4.43（102 Hz）和3.89（108 Hz）。Si-DP分子内空腔提供的自由体积增加，降低了极化分子的密度，Si-C键降低了基体树脂的极化率，因此EP10/Si-DP表现出了较低的介电常数和介电损耗。EP10、EP10/Si-DP1、EP10/Si-DP3、EP10/Si-DP5和EP10/Si-DP7在800nm处的最高透过率分别为84.2%、83.6%、82.5%、80.4%和79.4%。由于叔胺的催化作用，Si-DP的端羟基与环氧树脂保持了适当的反应性，因此EP10/Si-DP仍然保持了良好的透明性。EP10、EP10/Si-DP1、EP10/Si-DP3、EP10/Si-DP5和EP10/Si-DP7的适用期分别为131、112、103、92和81天，EP10/Si-DP的适用期缩短是由于Si-DP中的叔胺促使Si-DP和羧基与环氧树脂提前反应。
图4.（a）介电常数，（b）介电损耗，（c）EP10、EP10/Si-DP1、EP10/Si-DP3、EP10/Si-DP5、EP10/Si-DP7的数码照片，（d）透射率和（e）适用期。
https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152785
作者|雷森浩
校审|刘杰
声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请留言指正！
