Data-driven prediction and non-compensatory assessment of flame retardancy in phosphorus-containing flame-retardant epoxy resin

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Abstract

La ignifugación es esencial en las aplicaciones de resina epoxi (EP). Los retardantes de llama con fósforo (P-FR) han sido reconocidos como uno de los aditivos libres de halógenos más prometedores para mejorar la resistencia al fuego de la EP. Sin embargo, el cribado rápido y de bajo coste de compuestos EP/P-FR de alta eficiencia, así como la evaluación sistemática de su desempeño ignífugo, siguen siendo un reto. En este trabajo se desarrolla una estrategia basada en datos para la predicción y evaluación integral de la ignifugación en sistemas EP/P-FR. Se consideran conjuntamente descriptores estructurales del polímero, características de la formulación y de las condiciones, integrados mediante fusión de características. Las métricas clave de evaluación de la ignifugación, incluida la clasificación de combustión vertical UL-94 y el índice límite de oxígeno (LOI), se predicen mediante modelos de aprendizaje automático. Los modelos propuestos alcanzan una alta precisión de 0,81 para la clasificación UL-94 y un R² de 0,79 (MAE=1,21%) para la predicción del LOI en el conjunto de prueba. El análisis de importancia de características cuantifica las contribuciones de las variables estructurales y de formulación, revelando los factores clave que determinan el desempeño ignífugo. Además, se propone un marco de evaluación no compensatorio para la evaluación de la ignifugación de polímeros. Los valores predichos de la clasificación de combustión vertical UL-94 y del LOI se incorporan como entradas centrales de evaluación dentro de un marco de decisión unificado. Con base en este marco, se construye un espacio de desempeño de seis estados, y se definen cuatro niveles semánticos de ignifugación, denotados de l-1 a l-4, que representan un desempeño ignífugo excelente, bueno, moderado y deficiente, respectivamente, con los sufijos a y b que indican estrategias de decisión priorizando UL-94 y priorizando LOI. Este trabajo no solo proporciona una estrategia práctica para el descubrimiento y diseño de compuestos EP/P-FR de alto rendimiento, evitando ensayo y error extensivo, sino que también permite una evaluación no compensatoria más científica e integral de la ignifugación en dichos sistemas. [Traducción automática al español; idioma original: inglés.]