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南昆士蘭大學(xué)王浩教授/宋平安教授/霍思奇博士 PPS 綜述：可回收阻燃生物基熱固性材料 - 從分子工程到性能和應(yīng)用
2025-03-08  來(lái)源：高分子科技

  熱固性聚合物，如環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯和乙烯基酯，是一類具有三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的聚合物。熱固性樹脂具有優(yōu)異的機(jī)械性能、電絕緣性、耐化學(xué)腐蝕性和尺寸穩(wěn)定性，使其在航空航天、交通運(yùn)輸、建筑和電子等多個(gè)行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。目前，全球熱固性樹脂的年產(chǎn)量約為 6500 萬(wàn)噸，占聚合物總產(chǎn)量的約 20%。


  目前，熱固性樹脂主要由石油基化學(xué)品合成。盡管其應(yīng)用廣泛，但這些石油基熱固性材料面臨諸多挑戰(zhàn)，主要包括以下三大缺陷：（i）大規(guī)模生產(chǎn)導(dǎo)致石油資源的過(guò)度消耗，并引發(fā)一系列環(huán)境問(wèn)題；（ii）其固有的可燃性對(duì)環(huán)境和人類構(gòu)成火災(zāi)威脅；（iii）不可降解/不可回收性導(dǎo)致大量塑料廢棄物的產(chǎn)生，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重破壞。因此，開發(fā)先進(jìn)的生物基熱固性樹脂，以滿足現(xiàn)代工業(yè)需求并促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，具有重要意義。


  近日，澳大利亞南昆士蘭大學(xué)王浩教授/宋平安教授/霍思奇博士在高分子領(lǐng)域頂級(jí)綜述類期刊《Progress in Polymer Science》（IF=26）聯(lián)合發(fā)表題為“Recyclable fire-retardant bio-based thermosets: From molecular engineering to performances and applications”的綜述論文。該綜述全面概述了生物基、阻燃、可回收熱固性樹脂的最新進(jìn)展，解析其化學(xué)結(jié)構(gòu)、阻燃性與可回收性之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。依據(jù) ISO 16620-2:2019 標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)估并比較了文獻(xiàn)報(bào)道的生物基含量，同時(shí)探討其阻燃性能及回收降解機(jī)理。重點(diǎn)聚焦結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系及實(shí)際應(yīng)用，并剖析關(guān)鍵挑戰(zhàn)，展望未來(lái)發(fā)展方向與工業(yè)應(yīng)用前景。南昆士蘭大學(xué)在讀博士生郭勇為第一作者，王浩教授，宋平安教授和霍思奇博士為共同通訊作者，該論文得到了浙大寧波理工學(xué)院方征平教授和李娟教授的指導(dǎo)。該工作得到澳大利亞研究理事會(huì)的支持。


圖1 先進(jìn)可回收，阻燃，生物基熱固性材料


圖2木質(zhì)素、呋喃、生物質(zhì)酸和植物油衍生化學(xué)品的來(lái)源和代表


圖3 不同含磷阻燃結(jié)構(gòu)，生物基含氮結(jié)構(gòu)和生物基富苯/C=C結(jié)構(gòu)及其阻燃機(jī)理


圖4 多種動(dòng)態(tài)交換反應(yīng)


  將本征阻燃性和可回收性等多功能特性引入熱固性樹脂，將顯著拓展其應(yīng)用范圍并提升使用安全性。在“碳中和”和“多功能化”背景下，發(fā)展可回收、阻燃的生物基熱固性樹脂不僅能降低環(huán)境影響，還能增強(qiáng)其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本綜述探討了材料選擇與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如何影響生物基熱固性樹脂的阻燃性、可回收性及其他性能，并總結(jié)了不同動(dòng)態(tài)共價(jià)網(wǎng)絡(luò)（CANs）在構(gòu)建可回收、阻燃生物基熱固性樹脂中的策略及作用機(jī)制。通過(guò)精細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，生物基熱固性材料可展現(xiàn)高機(jī)械強(qiáng)度、阻燃性、可降解性、可回收性及抗菌性等獨(dú)特性能，使其廣泛適用于碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRPs）、抗菌涂層及氣凝膠等領(lǐng)域。深入理解生物基原料、材料結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，將為這些材料的設(shè)計(jì)及其實(shí)際應(yīng)用提供重要指導(dǎo)。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2025.101935

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（責(zé)任編輯：xu）
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