环氧树脂（EP）作为最具代表性的热固性材料之一，具有优良的力学性能、耐化学腐蚀性、尺寸稳定性和粘结性能。EP本身的碳氢结构使其具有易燃性，一旦燃烧会产生浓密的黑烟和大量的热量，同时还会产生熔融滴落物。在固化过程中添加阻燃剂是提升EP阻燃性能的常用方法，但通常会导致EP脆性增加。由于EP广泛应用于电子电器产品中，要求其具备卓越的机械性能、低介电损耗和高透明度。因此，在阻燃EP的同时保持其综合性能十分重要。
最近，北京化工大学张胜教授团队设计并合成了一种具有苯环基团和柔性双螺旋单元的硼磷系阻燃剂（POSB，图1），通过磷和硼基阻燃剂的协同组合有效增强凝聚相和气相阻燃效果，以解决单一硼系阻燃剂效率有限和磷系阻燃剂成炭能力不足的问题。该研究成果以“A compound with boron and phosphorus towards epoxy resin with excellent flame retardancy, smoke suppression, transparency, and dielectric properties”为题发表在《Chemical Engineering Journal》期刊。论文的第一作者为北京化工大学研究生花艺舫，北京化工大学张胜教授、谷晓昱教授和中低品位磷矿及其共伴生资源高效利用国家重点实验室隋岩峰高级工程师为通讯作者。
【阻燃性能】
图2. EP样品的阻燃性能。
【阻燃机理】
POSB阻燃环氧树脂可能的阻燃机理如图3所示。POSB的热解过程释放出部分含磷和含硼组分，生成的磷酸和硼酸催化EP基体炭化。在高温下，磷酸和硼酸重新结合形成高热稳定性的BPO4，进一步强化炭层形成致密屏障，保护内部基体不被燃烧。同时在气相中，POSB热解产生的含磷自由基捕获可燃自由基，有效地延缓燃烧过程。
【介电性能】
如图4所示，添加5% POSB的EP样品介电常数低于3.2，显示出较低的极性。此外，在103~106 Hz范围内，与纯EP相比，介电损耗随POSB添加量的增加而降低；而在低频（1~103Hz）下，所有EP/POSB样品均表现出相对较低的介电损耗，但相较纯EP略有增加。
https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.149212
作者|孟振浩
校审|刘杰
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