金属有机框架负载焦磷酸哌嗪改性无卤阻燃环氧树脂

摘要

[目的]针对环氧树脂（EP）易燃性限制其高温应用的问题，设计了一种基于氨基化锆基金属有机框架（UiO-66-NH₂）与焦磷酸哌嗪（PAPP）化学键合的无卤纳米复合阻燃体系（UiO@PAPP），旨在通过多级协同机制提升EP的防火安全性能．[方法]通过溶剂热法合成UiO-66-NH₂，并利用其表面氨基、羧基与PAPP进行共价键合制备纳米复合阻燃剂UiO@PAPP，并探究其对EP复合材料热稳定性和阻燃性能的影响．[结果]系统表征表明，UiO@PAPP在保持金属有机框架晶体结构完整性的同时，显著提升了热稳定性（800℃残炭率达40.98%）．当添加2%（质量分数）UiO@PAPP时，EP复合材料的极限氧指数（LOI）提升至27.1%，热释放速率峰值（PHRR）、总产烟量（TSP）、CO生成速率峰值（PCOPR）和CO₂生成速率峰值（PCO₂PR）分别降低49.8%,21.0%,45.6%和51.6%，并通过UL-94垂直燃烧测试V-1等级．机制研究表明，UiO@PAPP在燃烧过程中释放的氧化锆与磷酸盐协同催化形成致密石墨化炭层，结合气相自由基淬灭与凝聚相物理阻隔效应，显著抑制燃烧链式反应．[结论]本研究设计的基于UiO-66-NH₂和PAPP的无卤纳米阻燃体系大幅提升了EP的阻燃抑烟性能，为开发高效、低添加量的EP阻燃体系提供了新思路，在高温工况下的防火材料领域展现出广阔应用前景．

关键词

金属有机框架 / 焦磷酸哌嗪 / 环氧树脂 / 无卤阻燃

基金资助

国家自然科学基金（22375023）; 重庆市自然科学基金（CSTB2024NSCQ-MSX0452）; 河北省自然科学基金（E2024105006）; 山东省自然科学基金（ZR2024ME040）