Machine learning-guided design of organic phosphorus-containing flame retardants to improve the limiting oxygen index of epoxy resins

极限氧指数 环氧树脂 限制 阻燃剂 化学 科瓦茨保留指数 有机化学 化学工程 材料科学 气相色谱法 色谱法 工程类 机械工程 热解 烧焦
作者
Zhongwei Chen,Boran Yang,Nannan Song,Tingting Chen,Qingwu Zhang,Changxin Li,Juncheng Jiang,Tao Chen,Yuan Yu,Lian X. Liu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:455: 140547-140547 被引量:62
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.140547
摘要

The addition of organic phosphorus-containing flame retardants (OPFRs) has greatly improved the fire resistance of epoxy resins (EPs). Developing the relationship of the fire resistance with the structure of OPFRs and their addition amount will help discover high-performance EP composites, which was achieved in this work by machine learning (ML). By combining descriptors encoded from OPFR molecules and the addition amount as features, an ML model with the limiting oxygen index (LOI) as the target was developed with a coefficient of determination (R2) of the ML model on the test set of 0.642. The trained ML model indicated that fire retardants containing conjugated systems with penta-substituted phosphorus containing a PO bond and the nitrogen element can significantly increase the LOI of EPs, which led to the synthesis of a 9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide derivative (BDOPO) in this work. Furthermore, the accuracy of the ML model was validated through experiments. The predicted LOI values of the EP/BDOPO composites followed the same trend as the experimental values, with an average error of 5.1 %. The model can also illustrate the molecular structure required for synthesizing an OPFR and predict the amount of this OPFR to be added into EPs for enhanced LOI of the EPs.
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