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貴州民族大學(xué)左曉玲團(tuán)隊(duì)《Adv. Sci.》：3D打印全天然水凝膠 - 可實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展的阻燃材料
2023-12-25  來(lái)源：高分子科技

  阻燃改性高分子材料的傳統(tǒng)方法是引入阻燃劑，如含鹵阻燃劑、含磷阻燃劑、含氮阻燃劑以及無(wú)機(jī)阻燃劑等。這些阻燃劑用途廣泛且滅火效率高，但大多含有污染地下水的化學(xué)成分，并且燃燒后產(chǎn)生的熱量易灼傷皮膚，無(wú)法達(dá)到隔熱的效果。尤其含鹵阻燃劑在燃燒時(shí)會(huì)釋放出大量有毒的鹵化氫氣體，嚴(yán)重威脅人類的健康。因此，解決傳統(tǒng)阻燃劑存在的缺陷，開(kāi)發(fā)環(huán)境友好的新型無(wú)鹵阻燃材料成為當(dāng)今阻燃領(lǐng)域的熱點(diǎn)。


圖1 可見(jiàn)光固化3D打印全生物質(zhì)基水凝膠示意圖及其耐熱性展示


  生物質(zhì)是最大的可再生碳儲(chǔ)存庫(kù)，其中糖類化合物產(chǎn)品占比約75%，由于其含有豐富的羥基，因此有利于構(gòu)建阻燃劑或阻燃材料。得益于水的高熱容量和汽化潛熱，水凝膠作為一類具有高吸水性和保水性能的新型防火材料，在煤礦防火和紡織品熱防護(hù)等領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。現(xiàn)階段所構(gòu)建的生物基水凝膠主要基于物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、半互穿網(wǎng)絡(luò)和有機(jī)/無(wú)機(jī)二氧化硅雜化網(wǎng)絡(luò)，由于非共價(jià)鍵的弱相互作用，該類水凝膠的力學(xué)性能較差。此外，受加工條件的限制，以綠色、高效、可控的方式制造生物基水凝膠，尤其是全生物質(zhì)基水凝膠仍是一個(gè)挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。


圖2 可見(jiàn)光固化3D打印全生物質(zhì)基水凝膠的殘?zhí)縎EM圖、熱失重TGA圖以及逐層堆砌結(jié)構(gòu)圖


  鑒于此，貴州民族大學(xué)左曉玲副教授課題組在《Advanced Science》期刊上發(fā)表了題為“3D Printed All-Natural Hydrogels: Flame-Retardant Materials Toward Attaining Green Sustainability”的文章 (DOI: 10.1002/advs.202306360)。該工作中，作者將可見(jiàn)光固化3D打印技術(shù)引入全生物質(zhì)基水凝膠的構(gòu)建過(guò)程中，通過(guò)3D打印技術(shù)提供的高度有序的逐層堆砌效果，結(jié)合生物質(zhì)材料特有的成炭性，所構(gòu)建的全生物質(zhì)基水凝膠具有優(yōu)異的阻燃性能、耐高溫性、有利的燃燒特性以及良好的機(jī)械強(qiáng)度。該水凝膠材料由可再生衣康酸、明膠和海藻酸鈉通過(guò)強(qiáng)共價(jià)交聯(lián)得到，相較于現(xiàn)有的各類生物質(zhì)基水凝膠，其極限氧指數(shù)值可達(dá)到83.5%，力學(xué)性能可達(dá)197.1 KPa？梢(jiàn)光固化3D打印技術(shù)的應(yīng)用，不僅體現(xiàn)出綠色環(huán)保、快速高效、條件溫和、結(jié)構(gòu)可控與精度可調(diào)的優(yōu)勢(shì)，還避免了傳統(tǒng)減材制造工藝在阻燃材料加工過(guò)程中造成的原材料損耗、VOC釋放、能耗大以及耗時(shí)長(zhǎng)等缺點(diǎn)，是一種前景良好的可廣泛應(yīng)用于阻燃材料與環(huán)境材料開(kāi)發(fā)的新型綠色制備技術(shù)。此外，全生物質(zhì)基水凝膠的成功構(gòu)建也為未來(lái)阻燃材料的綠色設(shè)計(jì)和精確高效的制備提供了嶄新的視角，還為未來(lái)阻燃材料實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展指明了新的方向。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202306360

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