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  環(huán)氧樹脂具有優(yōu)良的附著力、耐腐蝕性、熱穩(wěn)定性、電絕緣性和機械性能，被廣泛用在涂料、膠黏劑、電子封裝材料和復(fù)合材料等領(lǐng)域。然而，環(huán)氧樹脂普遍存在易燃、質(zhì)脆等問題，極大地限制了其應(yīng)用。目前，研究者已開發(fā)了多種阻燃劑和增韌劑，來改善其阻燃性能和韌性。然而，這些阻燃劑和增韌劑的加入通常導(dǎo)致環(huán)氧加工性能，力學(xué)強度和T_g變化。如何在提高其阻燃性和韌性的同時，不影響其力學(xué)強度和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，仍是目前亟需解決的一大難題。

  中科院寧波材料所劉小青研究員團隊一直從事生物基環(huán)氧樹脂的設(shè)計、合成和改性方面的研究工作，研發(fā)了一系列高性能生物基環(huán)氧樹脂。他們利用生物基單體的結(jié)構(gòu)特異性，研發(fā)了兩種具有優(yōu)異熱力學(xué)性能，完全不含外加阻燃元素的本征阻燃環(huán)氧樹脂(ACS Sustain. Chem. Eng.2018, 6, 7589-7599; Compos. Part B-Eng., 2019, 179, 107523)；利用木質(zhì)素衍生物為原料，在無溶劑條件下制備了得到一種高效的環(huán)境友好型環(huán)氧樹脂阻燃劑（Compos. Part B-Eng., 2020, 190, 107926）。

  最近，為了同時提高環(huán)氧樹脂的阻燃性、韌性、力學(xué)強度和T_g，他們提出了同時調(diào)控超支化聚合物的物理拓撲結(jié)構(gòu)和分子化學(xué)結(jié)構(gòu)的思想，解決了現(xiàn)有超支化阻燃劑容易降低環(huán)氧樹脂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的問題，制備了一種具有良好加工性能和較高阻燃效率的超支化阻燃劑。當(dāng)磷元素含量為0.24 wt%時，環(huán)氧固化物達到UL-94 V-0等級，LOI數(shù)值高達32.6 vol%。同時，由于超支化結(jié)構(gòu)中含有大量空穴，改性的環(huán)氧固化物具有優(yōu)異的韌性，在25和-196 °C下的沖擊強度分別提高113%和96%。此外，HBFR具有剛性的骨架結(jié)構(gòu)，使改性環(huán)氧固化物的彎曲強度、模量和T_g分別提高33.3%、24.5%和12.8%。

  通過與文獻報道的UL-94 V-0級阻燃環(huán)氧固化物的性能進行對比可以看出，僅有極少數(shù)報道可以同時改善環(huán)氧固化物的韌性、強度和T_g，他們的改性體系表現(xiàn)出很大的優(yōu)越性。本工作提供了一種可以同時提高商用環(huán)氧樹脂的阻燃性能、韌性、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和強度的簡便易行的有效方法，有較好的產(chǎn)業(yè)化前景。

圖1. 具有UL-94 V-0等級的阻燃環(huán)氧固化物的韌性、強度和T_g的增加比例

  相關(guān)結(jié)果以“Hyperbranched flame retardant for epoxy resin modification: Simultaneously improved flame retardancy, toughness and strength as well as glass transition temperature”為題發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》上。博士生研究生騰娜為本論文第一作者，劉小青研究員為通訊聯(lián)系人。項目得到了國家萬人計劃、國家基金重點項目、浙江省萬人計劃、浙江省杰出青年基金的支持。

  原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894721028072