80电影天堂网,少妇高潮一区二区三区99,jαpαnesehd熟女熟妇伦,无码人妻精品一区二区蜜桃网站

搜索：  
西華大學(xué)陳明軍教授/四川大學(xué)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(shí)會(huì)伴隨一氧化碳等毒性氣體的生成，由此引起的火災(zāi)傷亡事故頻發(fā)。傳統(tǒng)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(jī)制實(shí)現(xiàn)高分子材料的阻燃：（1）通過阻燃劑分解產(chǎn)生活性自由基（如含鹵、含磷自由基）終止燃燒鏈?zhǔn)椒磻?yīng)；（2）通過阻燃劑分解產(chǎn)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(chǎn)生酸性物質(zhì)（如Lewis酸）催化基材或成炭劑形成保護(hù)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(hù)性炭層。然而，通過阻燃劑分解產(chǎn)物使高分子材料獲得阻燃性能的被動(dòng)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(xué)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(shí)維持材料自身力學(xué)性能，是傳統(tǒng)阻燃方式所面臨的巨大挑戰(zhàn)。


  針對(duì)以上難題，西華大學(xué)陳明軍教授課題組與四川大學(xué)趙海波教授合作提出了一種利用催化聚合物在燃燒前自裂解并主動(dòng)釋放CO2以實(shí)現(xiàn)聚合物“主動(dòng)滅火”的阻燃新策略。該工作利用鉀離子催化傳統(tǒng)軟質(zhì)聚氨酯泡沫材料的氨基甲酸酯基團(tuán)和聚醚鏈段重排，實(shí)現(xiàn)在軟質(zhì)聚氨酯泡沫大量分解前的較窄溫度范圍內(nèi)，催化軟質(zhì)聚氨酯泡沫快速自裂解產(chǎn)生大量CO2，實(shí)現(xiàn)離火自熄，并有效降低毒性氣體CO、HCN和NOx濃度，獲得優(yōu)異的火安全性能（圖1）。僅引入1.05 wt%的甲酸鉀就可使軟質(zhì)聚氨酯泡沫的極限氧指數(shù)（LOI）顯著提升至26.5%，被點(diǎn)燃時(shí)間增加927%，煙毒性大幅降低95%（圖2）。


圖1 催化聚氨酯自裂解產(chǎn)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(zhì)聚氨酯泡沫的阻燃性能


  為了研究鉀鹽阻燃軟質(zhì)聚氨酯泡沫的普適性，選取了親核性強(qiáng)弱不同的鉀鹽作為研究對(duì)象。測(cè)試結(jié)果表明，親核性強(qiáng)弱不同的鉀鹽對(duì)軟質(zhì)聚氨酯泡沫均有阻燃效果，且鉀鹽親核性越強(qiáng)，催化聚氨酯分解的活性越高。以具有較強(qiáng)親核性的甲酸鉀和蘋果酸鉀為例，詳細(xì)研究了鉀鹽催化阻燃軟質(zhì)聚氨酯泡沫的機(jī)理。結(jié)果表明，在聚氨酯大量分解所需溫度以前，甲酸鉀和蘋果酸鉀可催化聚氨酯在較窄溫度范圍內(nèi)（260~320 °C），快速自裂解產(chǎn)生大量CO2。其原因在于，甲酸鉀和蘋果酸鉀的引入使軟質(zhì)聚氨酯泡沫中聚醚鏈段熱分解所需活化能從242 kJ/mol分別降低至61 kJ/mol和65 kJ/mol。同時(shí)，鉀鹽的引入改變了聚氨酯中氨基甲酸酯基團(tuán)的裂解行為，并加速了聚醚鏈段的熱氧化反應(yīng)，提前生成CO2（圖3）。此外，少量（約1 wt%）鉀鹽的加入不僅較好地維持了軟質(zhì)聚氨酯泡沫的壓縮強(qiáng)度和形變回復(fù)率，還同時(shí)增強(qiáng)了拉伸強(qiáng)度和韌性（圖4）。


圖3 鉀鹽催化聚氨酯熱分解CO2釋放機(jī)理


圖4 力學(xué)和綜合性能


  綜上所述，該工作使用不含傳統(tǒng)阻燃元素的鉀鹽，以催化聚氨酯自裂解釋放CO2的“主動(dòng)滅火”新機(jī)制，解決了聚氨酯高阻燃低煙毒且不損害力學(xué)性能的科學(xué)挑戰(zhàn)，為開發(fā)綜合性能優(yōu)異的火安全高分子材料提供了新思路和新策略。
相關(guān)詳細(xì)研究以“Catalytic polymer self-cleavage for CO2 generation before combustion empowers materials with fire safety”為題發(fā)表在Nature Communications上（Nat. Commun. 2024, 15, 2726）。該論文的第一作者為西華大學(xué)功能高分子材料綠色制備與循環(huán)利用研究團(tuán)隊(duì)的碩士研究生羅偉，西華大學(xué)陳明軍教授和四川大學(xué)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(xué)王玉忠院士和株洲時(shí)代新材料科技股份有限公司正高級(jí)工程師顏淵巍博士等人的指導(dǎo)與幫助。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（21975208、U22A20150和22205184）和四川省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2023ZYD0030和2020JDJQ0062）的資助。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-46756-0

版權(quán)與免責(zé)聲明：中國(guó)聚合物網(wǎng)原創(chuàng)文章。刊物或媒體如需轉(zhuǎn)載，請(qǐng)聯(lián)系郵箱：info@polymer.cn，并請(qǐng)注明出處。
（責(zé)任編輯：xu）
【大 中 小】【打印】【關(guān)閉】

誠(chéng)邀關(guān)注高分子科技

更多>>最新資訊
更多>>科教新聞