西華大學陳明軍教授/四川大學趙海波教授《Nat. Commun.》：催化聚合物自裂解釋放CO2的阻燃新策略
2024-03-31 來源：高分子科技
聚氨酯等雜鏈高分子材料具有高度易燃性，且燃燒時會伴隨一氧化碳等毒性氣體的生成，由此引起的火災傷亡事故頻發。傳統阻燃策略是將含有鹵素、磷、氮、硼、硅等特定阻燃元素的阻燃劑引入高分子材料中，通常利用以下機制實現高分子材料的阻燃：（1）通過阻燃劑分解產生活性自由基（如含鹵、含磷自由基）終止燃燒鏈式反應；（2）通過阻燃劑分解產生惰性氣體（如氨氣、CO2）稀釋氧氣濃度使火焰窒息；（3）通過阻燃劑分解產生酸性物質（如Lewis酸）催化基材或成炭劑形成保護性炭層以熄滅火焰；（4）通過阻燃劑（如可膨脹石墨）分解直接形成保護性炭層。然而，通過阻燃劑分解產物使高分子材料獲得阻燃性能的被動阻燃方式，往往需要添加大量的阻燃劑，將不可避免地惡化力學性能，甚至加劇毒性煙氣釋放。因此，使用較少的阻燃劑賦予高分子材料高阻燃低煙毒的火安全性，同時維持材料自身力學性能，是傳統阻燃方式所面臨的巨大挑戰。
圖1 催化聚氨酯自裂解產生CO2賦予材料防火安全性的示意圖
圖2 不同鉀鹽填充的軟質聚氨酯泡沫的阻燃性能
圖3 鉀鹽催化聚氨酯熱分解CO2釋放機理
圖4 力學和綜合性能
相關詳細研究以“Catalytic polymer self-cleavage for CO2 generation before combustion empowers materials with fire safety”為題發表在Nature Communications上（Nat. Commun. 2024, 15, 2726）。該論文的第一作者為西華大學功能高分子材料綠色制備與循環利用研究團隊的碩士研究生羅偉，西華大學陳明軍教授和四川大學趙海波教授為共同通訊作者。此外，該工作還得到了四川大學王玉忠院士和株洲時代新材料科技股份有限公司正高級工程師顏淵巍博士等人的指導與幫助。該工作得到了國家自然科學基金項目（21975208、U22A20150和22205184）和四川省科技計劃項目（2023ZYD0030和2020JDJQ0062）的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-46756-0
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（責任編輯：xu）
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