近年来，随着对高性能材料需求的增长，科研人员不断探索兼具优良热稳定性、阻燃性和力学性能的新型高分子材料。在此背景下，具有独特分子结构、高官能团密度和可调控分子尺寸的树枝状高分子材料吸引了广泛关注。在2023年，由西北师范大学杨志旺教授领导的团队取得了重要进展，他们成功合成了第三代（G3）PAMAM树枝状大分子，并将其作为固化剂和阻燃剂应用于高性能环氧树脂（EP）的制备，为多功能阻燃材料的发展开辟了新的方向。
PAMAM树枝状大分子：结构与性能的完美融合
PAMAM（聚酰胺胺）树枝状大分子以其高度有序的分子结构闻名，这种结构赋予了它在化学修饰和分子设计上的极大灵活性。PAMAM分子富含氮元素，能在燃烧过程中产生如N2、NH₃等不可燃气体，这些气体既能稀释氧气浓度，又能显著降低燃烧热释放速率，从而提高材料的阻燃性能。此外，PAMAM表面的一级和三级胺基团不仅为交联反应提供了丰富的活性位点，还能与多种基质材料形成稳定的化学键。
需要注意的是，第三代（G3）PAMAM由于其更高的分子密度和较大的内部空腔，能够有效促进聚合物的渗透交联，并在分子表面提供更多的反应位点，这使其成为环氧树脂固化剂的理想选择。
高效阻燃与力学性能的双重提升
杨志旺教授团队的研究显示，当以20wt%的比例将G3 PAMAM添加到环氧树脂中时，材料的阻燃性能得到了显著增强，同时保持了优异的力学性能。实验结果表明，G3 PAMAM的加入使环氧树脂的极限氧指数（LOI）达到了26.4%，并且满足了UL-94 V-0级别的阻燃标准。更重要的是，G3 PAMAM大幅降低了环氧树脂在燃烧时的热释放速率峰值（PHRR）和总热释放量（THR），分别减少了51.1%和60.3%。
上述性能的改善归功于G3 PAMAM在气相和凝聚相中的双重作用机制。在气相中，PAMAM燃烧时产生的大量不可燃气体有效抑制了火焰的蔓延；而在凝聚相中，PAMAM与环氧树脂间的交联反应形成了更为稳定的三维网络结构，从而增强了材料的热稳定性和炭化效率。
力学性能的革新
与传统的阻燃剂不同，G3 PAMAM不仅提升了环氧树脂的阻燃性能，还显著增强了其力学性能。研究发现，G3 PAMAM通过其丰富的官能团与环氧树脂分子发生化学反应，形成致密的交联网络。这种交联效应显著提高了材料的弯曲强度、抗弯能力和玻璃化转变温度（Tg），确保了在力学性能和阻燃性能之间达到理想的平衡。
应用前景与未来展望
PAMAM树枝状大分子在阻燃环氧树脂领域的成功应用，标志着多功能高分子材料开发的一个重要里程碑。G3 PAMAM不仅具备高效的阻燃功能，还拥有出色的固化效果，其潜在应用范围涵盖了涂料、电子绝缘材料、胶黏剂等多个领域，为需要高安全性和高性能材料的工业应用提供了可靠的解决方案。
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