Chitosan–Fe(III) Complexes via Green Preparation toward Flame Retardant and High-Mechanical-Strength Epoxy Composites

极限氧指数 阻燃剂 环氧树脂 复合材料 材料科学 壳聚糖 韧性 烟雾 化学工程 燃烧 化学 有机化学 烧焦 工程类
作者
Chenyu Zhou,Junjie Wang,Kunxiong Wu,Zhi‐Quan Pan,Qingrong Cheng,Lu Feng,Hanjun Wu,Hong Zhou
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:10 (40): 13453-13464 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.2c04181
摘要

Biobased flame retardants with facile preparation, high performance in smoke suppression, and mechanical reinforcement toward epoxy resins are worth exploring for feasible sustainability. Although some chitosan-containing flame retardants have been successfully developed so far, the synthesis processes for most of them require the use of large volumes of organic solvents and give low synthetic yields. Herein, we report a facile, green, and high-yielding strategy for the synthesis of chitosan–metal complex flame retardants (CS–Fe) by coordination of chitosan with Fe(III) in water. The results show that incorporating 9 wt % CS–Fe enables the EP composites to pass the UL-94 V-1 rating with a limiting oxygen index (LOI) of 29.5%. At the same time, the peak heat release rate, peak smoke production, total smoke production, peak CO production, and fire growth rate of EP/9CS–Fe are significantly reduced, indicating good flame retardancy. Remarkably, the prepared CS–Fe enhanced both the strength and toughness of EP due to the homogeneous dispersion of CS–Fe and the presence of a reaction between CS–Fe and the EP matrix. This work provides a simple and economic strategy for the green preparation of chitosan-based flame retardants with high efficiency.
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