Fabrication of a Flame-retardant Cu-based Metal Organic Framework and Its Effect on Properties of Epoxy Resin

doi:10.7503/cjcu20260122

Abstract

Abstract:

A copper-based metal-organic framework（Cu-MOF） with schiff base organic ligand 4，4'-［1，4-phenylenebis（methanylylidene）bis（nitrilo）］dibenzoic acid（TBPA） was first synthesized via ultrasound-assisted and hydrothermal methods. Then， a flame-retardant Cu-MOF derivative（Cu-MOF@DOPO） was prepared by reacting Cu-MOF with a reactive flame retardant 9， 10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide（DOPO）. The Cu-MOF@DOPO was confirmed by multiple characterization techniques， including scanning electron microscopy（SEM）， transmission electron microscopy（TEM）， and X-ray diffraction（XRD）. The effect of Cu-MOF@DOPO on flame retardant， mechanical and thermal properties of epoxy resin（EP） was investigated. The results indicated that EP containing 2%（mass fraction） Cu-MOF@DOPO（EP/2MD） had a limiting oxygen index（LOI） of 29.6% and achieved a UL-94 V-0 rating. Meanwhile， the peak heat release rate（pHRR） and total heat release（THR） of EP/2MD decreased by 14.2% and 8.1%， respectively， while the total smoke production（TSP） slightly deceased compared with those of pure EP. During combustion， Cu-MOF@DOPO in EP exerted its flame-retardant action both in the condensed phase and the gas phase. Compared with the EP composites filled with Cu-MOF or the flame-retardant ligand TBPA-DOPO， the EP/Cu-MOF@DOPO composites exhibited a higher glass transition temperature and enhanced mechanical properties.

Key words: Epoxy resin, Metal-organic framework, Flame retardancy, Mechanical property, Thermal property

CLC Number:

O631

TrendMD:

WAN Songtao, CAO Zhilin, WANG Zhengzhou. Fabrication of a Flame-retardant Cu-based Metal Organic Framework and Its Effect on Properties of Epoxy Resin[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2026, 47(9): 20260122.

Figures/Tables 18

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Sample	w（EP）（%）	w（DDM）（%）	w（TBPA⁃DOPO）（%）	w（Cu⁃MOF）（%）	w（Cu⁃MOF@DOPO）（%）
EP	79.4	20.6	0	0	0
EP/1MD	78.6	20.4	0	0	1
EP/2MD	77.8	20.2	0	0	2
EP/2TD	77.8	20.2	2	0	0
EP/2M	77.8	20.2	0	2	0

Sample	w（EP）（%）	w（DDM）（%）	w（TBPA⁃DOPO）（%）	w（Cu⁃MOF）（%）	w（Cu⁃MOF@DOPO）（%）
EP	79.4	20.6	0	0	0
EP/1MD	78.6	20.4	0	0	1
EP/2MD	77.8	20.2	0	0	2
EP/2TD	77.8	20.2	2	0	0
EP/2M	77.8	20.2	0	2	0

Sample	TTI/s	pHRR/（kW·m^-2）	THR/（MJ·m^-2）	TSP/m²
EP	84	1648	142	27.4
EP/1MD	83	1527	132	26.4
EP/2MD	82	1424	131	25.5
EP/2M	74	1561	137	27.3
EP/2TD	70	1196	124	30.3

Sample	TTI/s	pHRR/（kW·m^-2）	THR/（MJ·m^-2）	TSP/m²
EP	84	1648	142	27.4
EP/1MD	83	1527	132	26.4
EP/2MD	82	1424	131	25.5
EP/2M	74	1561	137	27.3
EP/2TD	70	1196	124	30.3

Sample	T_5%/℃	T_max/℃	Char yield/（%， mass fraction）
EP	370	382	15.1
EP/1MD	357	384	17.5
EP/2MD	350	384	18.8
EP/2M	350	367	17.2
EP/2TD	322	385	17.6