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川大王玉忠院士團(tuán)隊(duì) AFM：可升級(jí)回收阻燃泡沫塑料
2024-12-06  來(lái)源：高分子科技

  使用阻燃劑是提升高分子材料火安全性、降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的重要途徑。然而，由于污染物的級(jí)聯(lián)效應(yīng)，大量有毒阻燃劑、材料制備添加劑的使用以及塑料廢棄物在環(huán)境中的累積加劇了全球環(huán)境污染與資源浪費(fèi)問(wèn)題。因此，亟需發(fā)展綠色環(huán)保的多功能阻燃劑，同時(shí)操控高分子材料的制備過(guò)程、安全服役、廢棄物回收及其可循環(huán)利用特性，實(shí)現(xiàn)材料全生命周期管理和可持續(xù)發(fā)展。


圖1環(huán)保自適應(yīng)催化策略實(shí)現(xiàn)材料的全生命周期管理和可持續(xù)發(fā)展


  近日，四川大學(xué)王玉忠院士團(tuán)隊(duì)利用環(huán)保型羧酸鹽在不同溫度下對(duì)材料結(jié)構(gòu)的響應(yīng)性可控催化活性，提出了一種基于丙酸鈉自適應(yīng)性催化實(shí)現(xiàn)半硬質(zhì)聚氨酯泡沫綠色制備、高效阻燃和可持續(xù)循環(huán)升級(jí)回收的新策略（圖1）。在常溫和不使用復(fù)雜/高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)催化劑條件下，丙酸鈉可特異性催化、平衡半硬質(zhì)聚氨酯泡沫制備涉及的起泡和交聯(lián)反應(yīng)，形成高機(jī)械強(qiáng)度（562 kPa）和高回彈（89.3%）泡沫材料，具有優(yōu)異的抗形變能力；當(dāng)暴露在火場(chǎng)中時(shí)，其通過(guò)催化改變氨基甲酸酯鍵和軟段部分的熱解路徑為炭化和生成不可燃?xì)怏wCO2，在無(wú)傳統(tǒng)阻燃元素（磷、鹵素）的阻燃劑引入和僅添加8.4 wt%時(shí)，實(shí)現(xiàn)泡沫材料的高效自熄和高極限氧指數(shù)（25.5%）。此外，與現(xiàn)有可回收阻燃材料不同，丙酸鈉可同時(shí)催化廢棄聚氨酯泡沫網(wǎng)絡(luò)碎片化和功能重組，完全回收構(gòu)建高強(qiáng)度（5.8 MPa）膠粘劑，特別是再生膠粘劑可反復(fù)碎片化-重整以進(jìn)入新的使用循環(huán)而無(wú)需使用額外的降解、重構(gòu)催化劑，避免了廢棄泡沫材料和添加劑相關(guān)的環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)了自驅(qū)動(dòng)可持續(xù)循環(huán)升級(jí)回收。


圖2丙酸鈉催化聚氨酯泡沫制備原理


圖3聚氨酯泡沫材料的阻燃性能與機(jī)理探究


圖4廢棄阻燃聚氨酯泡沫材料的自驅(qū)動(dòng)可持續(xù)升級(jí)回收


  相關(guān)工作以“Eco-Friendly Self-Adaptive Catalytic Strategy for Plastics Lifecycles: Achieving Green Preparation, Superior Flame Retardancy, and Self-Driven Sustainability”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials上，第一作者是四川大學(xué)環(huán)保型高分子材料國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室碩士研究生吳亞楠，王玉忠院士和曾富容助理研究員為論文的共同通訊作者。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（51991351）的支持。


  該工作是團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于阻燃高分子材料回收相關(guān)研究的最新進(jìn)展之一（Mater. Horiz., 2024, 11, 3585; ACS Materials Lett. 2023, 5, 6, 1692; Mater. Horiz., 2023,10, 4551; Sci. Adv., 2022, 8, eadd8527），不僅解決了應(yīng)用量大面廣高分子材料面臨的高火安全風(fēng)險(xiǎn)、塑料/添加劑污染、回收可持續(xù)性差的難題，可擴(kuò)展的自適應(yīng)性催化策略也為未來(lái)高分子材料的綠色可持續(xù)管理提供了一種新思路。


  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202419263

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