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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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