Reducing both the flammability and the frangibility of epoxy resins (EPs) while inhibiting the smoke toxicity of combustion presents a significant challenge. In this study, a hyperbranched low-phosphorus (P)-containing flame-retardant polymer (HBFR) was synthesized to chemically modify epoxy resin. Results demonstrated that the modified epoxy achieved a V-0 rating in the UL-94 test and exhibited a limiting oxygen index (LOI) of 31.5%, with a P content of only 0.42 wt %. The peak heat release rate (PHRR) and total smoke production (TSP) of C-EP_92.5HBFR_7.5 decreased by 31.4% and 19.1%, respectively, compared to cured pristine EP (C-EP). The maximum carbon monoxide emission of C-EP_92.5HBFR_7.5 decreased by 39.4% and 16.2% during combustion compared with C-EP and commercial flame retardants, respectively. Furthermore, the impact and flexural strength of C-EP_92.5HBFR_7.5 increased remarkably by 257.5% and 20.3%, respectively, due to the enhanced free volumes and toughening effects caused by HBFR. Meanwhile, the modified epoxy thermosets still maintained high T_g (>168 °C) and thermostability (T_d5% > 361 °C). In sum, this work provides an efficient and eco-friendly strategy for concurrently enhancing the flame retardancy (FR) and toughness of epoxy thermosets.

中文翻译：

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用于环氧树脂改性的生物基超支化阻燃剂：同时提高阻燃性、韧性和烟雾毒性抑制


降低环氧树脂 （EP） 的可燃性和易碎性，同时抑制燃烧的烟雾毒性是一项重大挑战。在本研究中，合成了一种超支化低磷 （P） 阻燃聚合物 （HBFR） 以化学方式改性环氧树脂。结果表明，改性环氧树脂在 UL-94 测试中达到 V-0 等级，极限氧指数 （LOI） 为 31.5%，P 含量仅为 0.42 wt %。与固化的原始 EP （C-EP） 相比，C-EP_92.5HBFR_7.5 的峰值热释放率 （PHRR） 和总烟雾产生量 （TSP） 分别降低了 31.4% 和 19.1%。与 C-EP 和商用阻燃剂相比，C-EP_92.5HBFR_7.5 在燃烧过程中的最大一氧化碳排放量分别降低了 39.4% 和 16.2%。此外，由于 HBFR 引起的自由体积和增韧效应增加，C-EP_92.5HBFR_7.5 的抗冲击强度和弯曲强度分别显著提高了 257.5% 和 20.3%。同时，改性环氧树脂热固性材料仍保持较高的 T_g （>168 °C） 和热稳定性 （T_d5% > 361 °C）。总之，这项工作为同时提高环氧树脂热固性塑料的阻燃性 （FR） 和韧性提供了一种高效且环保的策略。