创新点

       本文介绍合成了一种集增韧、阻燃和抑烟功能于一体的生物基固化剂PA-DAO。与传统多步合成、依赖溶剂的生物基阻燃体系不同，该方法工艺简单、绿色环保、易于放大。仅使用PA-DAO作为单一固化剂，即可在显著提升环氧树脂力学性能的同时，赋予其优异的阻燃和抑烟能力。

环氧树脂作为重要的结构胶粘剂，广泛应用于建筑、电子、交通、航空航天等领域。然而，其本身易燃（极限氧指数通常低于20%）、脆性大、燃烧时释放热量高且伴随大量有毒浓烟，严重制约了其在安全要求苛刻场景下的应用。因此，采用绿色改性策略开发一种能够同时增韧并提升阻燃抑烟性能的环氧树脂，成为该领域的研究难点与前沿方向。

基于上述背景，浙江农林大学化学材料与工程学院刘丽娜课题组在室温下采用一步法，利用植物来源的植酸（PA）与1,8-二氨基辛烷（DAO）通过中和反应制备了生物基固化剂PA-DAO（图1），实现了环氧树脂在增韧、阻燃与抑烟性能上的同步突破。

图1 PA-DAO的合成路线

文章系统研究了环氧树脂复合材料的阻燃性能（图2和3），当PA-DAO添加量达到25 wt%时，复合材料极限氧指数（LOI）从参照样的20.5%提升至28.1%，并通过UL-94 V-0级垂直燃烧测试。锥形量热测试表明，其峰值热释放速率（PHRR）和总生烟量（TSP）较对比样分别降低70.6%和52.6%，同时一氧化碳和二氧化碳的生成速率也显著下降，显示出优异的火灾安全性。

图2 UL-94测试中的环氧树脂复合材料的实时图像

图3 环氧树脂复合材料的（a）HRR，（b）THR，（c）TSP，（d）SPR，（e）COP和（f）CO₂P曲线

文章还研究了环氧树脂的力学性能，添加仅5 wt%的PA-DAO，即可使环氧树脂的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别提升165%、81%和455%。更为突出的是，其拉伸韧性和弯曲韧性分别增加了1387%和775%，实现从脆性断裂到韧性断裂的转变。

文章揭示了PA-DAO对环氧树脂复合材料的增韧及阻燃机理（图4）。首先，在增韧方面，PA-DAO作为交联点，与环氧基体形成离子相互作用网络。在外力作用下，离子牺牲键发生可逆的断裂与重建，有效耗散能量，从而极大提升了材料的断裂韧性。其次，在阻燃方面， PA-DAO在气相分解产生含磷自由基和氨气，能淬灭燃烧链式反应自由基并稀释可燃气体；另一方面，PA-DAO缩聚生成多聚磷酸等物质，催化环氧树脂形成致密、膨胀的炭层。该炭层能有效隔绝热量与氧气传递，抑制内部基体进一步分解及烟雾和有毒气体的释放。

图4（a）PA-DAO对环氧树脂的增韧和（b）阻燃机理。

胡杭天硕士研究生是该论文的第一作者，刘丽娜副教授和谢丹讲师为通讯作者。

Citation

Hu, H. T.; Xie, D.; Guo, Z. H.; Chen, F. Q.; He, X. W.; Lou, G. B.; Dai, J. F.; Liu, L. N. Bio-derived flame-retardant curing agents enable one-step, ambient synthesis of ultra-tough, smoke-suppressed epoxy. Chinese J. Polym. Sci. https://doi.org/10.1007/s10118-025-3471-y