导语

        环氧树脂广泛应用于电子封装、结构复合材料等领域，但其易燃且脆性大始终制约着高安全应用。中国科学技术大学桂宙团队围绕纳米红磷阻燃体系，提出了一种介孔二氧化硅原位负载纳米红磷的构筑策略，在低添加量下同步提升环氧树脂的阻燃性能与抗冲击韧性。相关成果发表于Chinese Journal of Polymer Science，为高效、绿色阻燃环氧复合材料的设计提供了新思路。

重要成果

提出“纳米红磷–介孔二氧化硅一体化负载”的新型阻燃增韧策略，实现阻燃与力学性能协同优化。

传统红磷阻燃剂虽阻燃效率高，但存在易团聚、分散性差、对力学性能不利等问题，尤其在纳米尺度下更难稳定应用。针对这一关键瓶颈，桂宙团队创新性地提出：利用介孔二氧化硅纳米球（MSNs）作为载体，通过磷–胺溶解/再生法原位负载纳米红磷（NRP），构筑稳定的 NRP@MSNs 复合颗粒。

Scheme 1.  NRP@MSNs 结构与形成过程示意图

该结构的核心优势在于：

① 结构层面：介孔二氧化硅的限域作用有效抑制纳米红磷的团聚与迁移，显著提升其在环氧基体中的分散稳定性；

② 阻燃机理层面：纳米红磷在气相中发挥自由基猝灭作用，在凝聚相中催化成炭，而二氧化硅则提供稳定的纳米屏障结构，二者形成协同阻燃；

③ 力学性能层面：一体化负载结构避免了物理共混带来的界面缺陷，使填料在冲击载荷下成为有效的能量耗散中心。

在仅 2 wt% 添加量 下，NRP@MSNs/EP 复合材料表现出显著优势：峰值热释放速率（PHRR）降低 52.8%；总烟释放量（TSP）降低 13.9%；炭残余量提升 165%；冲击强度提升至 16.6 kJ/m²，显著优于单一填料或物理共混体系。

Scheme 2. 阻燃机理示意图

总结与展望

本研究通过构建纳米红磷原位负载于介孔二氧化硅的复合结构，在低添加量条件下实现了环氧树脂阻燃性能与抗冲击韧性的同步提升，有效解决了传统阻燃体系中“阻燃–力学性能难以兼顾”的难题。

在学术层面，该工作揭示了限域结构对纳米红磷热分解行为、成炭过程及界面力学响应的调控机制，为磷系阻燃剂的纳米工程化提供了新的研究范式。在应用层面，该策略具有无卤、低烟、高效、工艺兼容性强等优势，显示出在电子封装、结构胶黏剂和高安全复合材料领域的广阔应用前景。

研究背景

环氧树脂因其优异的力学性能、电绝缘性和化学稳定性，被广泛应用于航空航天、电子电气和结构复合材料领域。然而，其高度易燃且燃烧时几乎不成炭，一旦发生火灾极易引发严重安全事故。此外，固化后的环氧树脂通常表现出明显脆性，难以满足复杂工况下对抗冲击性能的要求。

传统含卤阻燃剂虽效果显著，但在燃烧过程中会释放大量有毒烟气，已逐渐受到限制。无卤阻燃体系中，红磷因其高磷含量和优异的气相/凝聚相阻燃能力而备受关注。然而，红磷在微纳尺度下易团聚、稳定性不足，且往往对材料力学性能产生不利影响，限制了其高效应用。

因此，如何在保证高阻燃效率的同时，实现红磷的稳定分散并改善环氧树脂的力学性能，成为当前阻燃材料领域亟需解决的关键科学问题。本研究正是在这一背景下展开，旨在通过结构设计突破传统红磷阻燃体系的性能瓶颈。

Citation:  Zhang, D.; Shao, M. D.; Wang, X.; Gui, Z. In situ loaded nanoscale red phosphorus on mesoporous silica for simultaneously improved flame retardancy and toughness of epoxy composites. Chinese J. Polym. Sci. 2026, 44, 719–732.

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