贵州民族大学左晓玲团队《Adv. Sci.》：3D打印全天然水凝胶 - 可实现绿色可持续发展的阻燃材料

2023-12-25 来源：高分子科技

阻燃改性高分子材料的传统方法是引入阻燃剂，如含卤阻燃剂、含磷阻燃剂、含氮阻燃剂以及无机阻燃剂等。这些阻燃剂用途广泛且灭火效率高，但大多含有污染地下水的化学成分，并且燃烧后产生的热量易灼伤皮肤，无法达到隔热的效果。尤其含卤阻燃剂在燃烧时会释放出大量有毒的卤化氢气体，严重威胁人类的健康。因此，解决传统阻燃剂存在的缺陷，开发环境友好的新型无卤阻燃材料成为当今阻燃领域的热点。

图1 可见光固化3D打印全生物质基水凝胶示意图及其耐热性展示

生物质是最大的可再生碳储存库，其中糖类化合物产品占比约75%，由于其含有丰富的羟基，因此有利于构建阻燃剂或阻燃材料。得益于水的高热容量和汽化潜热，水凝胶作为一类具有高吸水性和保水性能的新型防火材料，在煤矿防火和纺织品热防护等领域受到了广泛关注。现阶段所构建的生物基水凝胶主要基于物理交联网络、半互穿网络和有机/无机二氧化硅杂化网络，由于非共价键的弱相互作用，该类水凝胶的力学性能较差。此外，受加工条件的限制，以绿色、高效、可控的方式制造生物基水凝胶，尤其是全生物质基水凝胶仍是一个挑战性的问题。

图2 可见光固化3D打印全生物质基水凝胶的残炭SEM图、热失重TGA图以及逐层堆砌结构图

鉴于此，贵州民族大学左晓玲副教授课题组在《Advanced Science》期刊上发表了题为“3D Printed All-Natural Hydrogels: Flame-Retardant Materials Toward Attaining Green Sustainability”的文章 (DOI: 10.1002/advs.202306360)。该工作中，作者将可见光固化3D打印技术引入全生物质基水凝胶的构建过程中，通过3D打印技术提供的高度有序的逐层堆砌效果，结合生物质材料特有的成炭性，所构建的全生物质基水凝胶具有优异的阻燃性能、耐高温性、有利的燃烧特性以及良好的机械强度。该水凝胶材料由可再生衣康酸、明胶和海藻酸钠通过强共价交联得到，相较于现有的各类生物质基水凝胶，其极限氧指数值可达到83.5%，力学性能可达197.1 KPa。可见光固化3D打印技术的应用，不仅体现出绿色环保、快速高效、条件温和、结构可控与精度可调的优势，还避免了传统减材制造工艺在阻燃材料加工过程中造成的原材料损耗、VOC释放、能耗大以及耗时长等缺点，是一种前景良好的可广泛应用于阻燃材料与环境材料开发的新型绿色制备技术。此外，全生物质基水凝胶的成功构建也为未来阻燃材料的绿色设计和精确高效的制备提供了崭新的视角，还为未来阻燃材料实现绿色可持续发展指明了新的方向。

原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202306360

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（责任编辑：xu）

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