Strong yet tough epoxy with superior fire suppression enabled by bio-based phosphaphenanthrene towards in-situ formed Diels-Alder network

环氧树脂 韧性 拉曼光谱 生物炭 材料科学 极限抗拉强度 玻璃化转变 烧焦 断裂韧性 聚合物 化学工程 复合材料 热解 工程类 光学 物理
作者
Lei Zhang,Zhi Li,Qing-Qing Bi,Lin-Yun Jiang,Xiao-Die Zhang,En Tang,Xue‐Meng Cao,Hongfang Li,Jose Hobson,De‐Yi Wang
出处
期刊:Composites Part B-engineering [Elsevier BV]
卷期号:251: 110490-110490 被引量:46
标识
DOI:10.1016/j.compositesb.2022.110490
摘要

The synchronized improvement of strength, toughness and fire suppression poses to be a critical trade-off issue towards high-performance epoxy resin. Aiming to impart epoxy with balanced multifunctional improvement, the Schiff base-derived bio-based phosphaphenanthrene small-molecule reinforcer towards in-situ constructed Diels-Alder network within existing 3D network was proposed. The incorporation of 3.5 wt% reinforcer (CQ-DOPO) concurrently enhanced the tensile and impact strength of epoxy by 26.6% and 48.4% without visible deterioration of transparency. The increment of glass transition temperature by 14 °C via dynamic mechanical analysis was observed. The underpinning experimental and simulation investigation verified the proof of concept of in-situ formed Diels-Alder sacrificing network towards higher crosslinking density and strong-weak dual network. Raman spectra witnessed the breaking of sacrificing bond during fracture. Moreover, 3.5 wt% CQ-DOPO with an ultralow phosphorous loading of 0.245 wt% enabled to impart epoxy with UL-94 V-0 rating as well as limiting oxygen index of 32.0%. The multi-scale dual-phase analysis unveiled the synchronized suppression of fire reactions in vapor phase via PO· quenching as well as in condensed phase via char microstructure optimization. Hence, the rational strategy via in-situ construction of Diels-Alder sacrificing bond toward dual network exploits a novel roadmap for high-performance epoxy.
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