西华大学陈明军教授/四川大学赵海波教授《Nat. Commun.》：催化聚合物自裂解释放CO2的阻燃新策略
2024-03-31 来源：高分子科技
聚氨酯等杂链高分子材料具有高度易燃性，且燃烧时会伴随一氧化碳等毒性气体的生成，由此引起的火灾伤亡事故频发。传统阻燃策略是将含有卤素、磷、氮、硼、硅等特定阻燃元素的阻燃剂引入高分子材料中，通常利用以下机制实现高分子材料的阻燃：（1）通过阻燃剂分解产生活性自由基（如含卤、含磷自由基）终止燃烧链式反应；（2）通过阻燃剂分解产生惰性气体（如氨气、CO2）稀释氧气浓度使火焰窒息；（3）通过阻燃剂分解产生酸性物质（如Lewis酸）催化基材或成炭剂形成保护性炭层以熄灭火焰；（4）通过阻燃剂（如可膨胀石墨）分解直接形成保护性炭层。然而，通过阻燃剂分解产物使高分子材料获得阻燃性能的被动阻燃方式，往往需要添加大量的阻燃剂，将不可避免地恶化力学性能，甚至加剧毒性烟气释放。因此，使用较少的阻燃剂赋予高分子材料高阻燃低烟毒的火安全性，同时维持材料自身力学性能，是传统阻燃方式所面临的巨大挑战。
图1 催化聚氨酯自裂解产生CO2赋予材料防火安全性的示意图
图2 不同钾盐填充的软质聚氨酯泡沫的阻燃性能
图3 钾盐催化聚氨酯热分解CO2释放机理
图4 力学和综合性能
相关详细研究以“Catalytic polymer self-cleavage for CO2 generation before combustion empowers materials with fire safety”为题发表在Nature Communications上（Nat. Commun. 2024, 15, 2726）。该论文的第一作者为西华大学功能高分子材料绿色制备与循环利用研究团队的硕士研究生罗伟，西华大学陈明军教授和四川大学赵海波教授为共同通讯作者。此外，该工作还得到了四川大学王玉忠院士和株洲时代新材料科技股份有限公司正高级工程师颜渊巍博士等人的指导与帮助。该工作得到了国家自然科学基金项目（21975208、U22A20150和22205184）和四川省科技计划项目（2023ZYD0030和2020JDJQ0062）的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-46756-0
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