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  聚碳酸酯（PC）綜合性能優(yōu)良，用量居“五大工程塑料”之首。近年來，由于5G通信、人工智能等新技術(shù)的崛起，PC逐漸在電子設(shè)備、無人駕駛、通信基站、智能家居、建筑采光等領(lǐng)域嶄露頭角。但PC對(duì)缺口沖擊敏感，且阻燃等級(jí)不足，由此易引發(fā)火災(zāi)、熱失效和機(jī)械失效，限制了PC產(chǎn)品的適用場(chǎng)景。傳統(tǒng)策略通常以犧牲綜合性能為代價(jià)來降低火災(zāi)隱患，制備阻燃、耐熱、強(qiáng)韌、透明的PC復(fù)合材料仍是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

  有鑒于此，研究人員以稀土金屬為配位中心、以DOPO及其衍生物為配體，通過調(diào)控化學(xué)組成和微觀形貌，制備出了兩種與PC相容性良好的稀土配合物。這一設(shè)計(jì)策略將稀土金屬以更穩(wěn)定的方式引入至PC中，又結(jié)合了稀土金屬凝聚相捕捉自由基和催化成炭作用與有機(jī)磷氮阻燃體系膨脹阻燃作用的優(yōu)勢(shì)，在提高了PC的阻燃性能、降低煙毒氣體釋放的同時(shí)，保持了PC優(yōu)良的耐熱、強(qiáng)韌、透明等綜合性能。

圖1. Ce(DPA)₃配合物的結(jié)構(gòu)、PC/Ce(DPA)₃復(fù)合材料的綜合性能

  其中，3 wt%的Ce(DPA)₃就可以分別使PC在垂直燃燒中通過工業(yè)中嚴(yán)格的UL-94 V-0級(jí)；峰值熱釋放速率（PHRR）下降了55%、總煙霧釋放量（TSR）則降低了24%。憑借PC分子鏈與配體間較強(qiáng)的π-π相互作用，配合物均以小于可見光波長(zhǎng)的亞微米級(jí)尺度分散于聚合物基體中，因此，拉伸強(qiáng)度和透明性基本同本體PC相當(dāng)，且3 wt%的Ce(DPA)₃使PC的缺口沖擊強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率分別提升了20%和59%。與現(xiàn)有報(bào)道相比，所制備的PC復(fù)合材料表現(xiàn)出更全面的綜合性能，可獲得應(yīng)用的場(chǎng)景和產(chǎn)品范圍大大拓寬。

圖2. 阻燃機(jī)理分析：(a) PC、(e) PC/DPA-3 和 (i) PC/Ce(DPA)₃-3的3D TG-IR譜圖；(b-d) PC、(f-h) PC/DPA-3和(j-l) PC/Ce(DPA)₃-3燃燒后殘?zhí)繉拥暮暧^數(shù)碼照片和微觀SEM圖像

圖3. PC/Ce(DPA)₃-3復(fù)合材料在熱分解過程中凝聚相產(chǎn)物的變溫XPS光譜：(a) P 2p、(b) C 1s

  通過TG-IR、py-GC-MS等技術(shù)原位檢測(cè)了氣相中的熱裂解成分；通過不同降解階段產(chǎn)物的升溫間歇采樣，以XPS、IR等手段分析了凝聚相中材料化學(xué)結(jié)構(gòu)的演變歷程，氣相-凝聚相并舉，深入探索了稀土配合物對(duì)PC熱降解和燃燒炭化過程的影響，提出了完整的阻燃改性的機(jī)理。

  相關(guān)成果以“Fabrication and mechanism study of cerium-based P, N-containing complexes for reducing fire hazards of polycarbonate with superior thermostability and toughness”（鈰基P, N配合物的制備及其在聚碳酸酯阻燃、增韌、耐熱改性中的機(jī)理研究）為題，發(fā)表于ACS Applied Materials & Interfaces。浙大寧波理工學(xué)院、浙江大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)系等為共同署名單位，論文第一作者為博士生賽霆，通訊作者為冉詩(shī)雅副教授和方征平教授。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.1c07153

  此外，團(tuán)隊(duì)以制備高性能火安全PC復(fù)合材料為目的，發(fā)表了一系列基于稀土金屬基阻燃劑的研究成果，原文鏈接如下：

  Chemical Engineering Journal （https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.128223）

  Composites Part B-Engineering （https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.107198)

  Composites Part B-Engineering （https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2020.1080640）

  高分子學(xué)報(bào) （http://doi.org/10.11777/j.issn1000-3304.2019.19108）