王玉忠院士Adv. Mater.综述：生物大分子阻燃剂及阻燃材料

高分子科学前沿 · 公众号 · 化学 · 2025-01-21 10:39

正文

生物大分子来源丰富、可再生、可生物降解，充分开发利用生物大分子材料，可减少对不可再生的化石资源的过度依赖，同时有利于“双碳”目标的实现。利用生物大分子的易化学修饰特性，发展满足不同领域应用需求的功能材料，是当前本领域热点之一。其中，利用多糖、木质素等为代表的直接源于生物质的生物大分子发展阻燃材料优势显著：（1）海藻酸盐、木质素等具有本征性阻燃效果，不依赖卤、磷等阻燃元素；（2）生物大分子的成炭性突出（尤其在磷、金属离子等作用下），可作为“碳源”构建高效膨胀阻燃体系；（3）生物大分子中含有羟基、氨基等活性基团，通过共价键、离子键、配位键可灵活便捷地实现化学修饰。因此，因“材”制宜、按“需”定制发展生物大分子阻燃材料受到广泛关注。

近日，四川大学王玉忠院士和青岛大学徐英俊教授等聚焦纤维素、几丁质/壳聚糖、海藻酸盐和木质素等非食源生物大分子，系统梳理了生物大分子的热解过程、影响因素以及生物阻燃性体系的改性手段、构建途径（主要是磷酰化），回顾了将生物大分子作为阻燃剂通过表面、共混等技术赋予通用高分子材料阻燃性能的进展现状，着重介绍了将生物大分子作为基体制备阻燃气凝胶、纤维、薄膜、粘接剂等材料及其在隔热保温、锂离子电池、火灾预警装置等领域的应用情况。最后，提出了生物大分子阻燃材料领域的挑战及发展方向，包括发展可控性、选择性高且环境友好的化学修饰手段，生物高分子阻燃材料在推广应用前需进行人体健康与环境影响评估，需前瞻布局生物大分子阻燃材料相关循环回收技术等。

图1. 生物大分子阻燃剂及阻燃材料研究概览

图2. 利用生物大分子发展表面阻燃体系

图3. 利用生物大分子制备有机无机杂化阻燃剂

图4. 利用生物大分子构建阻燃气凝胶材料

该文以“Biopolymer-Based Flame Retardants and Flame-Retardant Materials”为题发表于Advanced Materials，青岛大学徐英俊教授、张开涛助理教授、王计嵘副教授为该文共同第一作者，四川大学王玉忠院士为该文通讯作者。相关工作得到了国家自然科学基金重大项目、山东省重点研发计划（重大科技创新工程）项目等的资助。

论文链接：

Biopolymer-Based Flame Retardants and Flame-Retardant Materials, Ying-Jun Xu, Kai-Tao Zhang, Ji-Rong Wang, Yu-Zhong Wang. Adv. Mater. DOI: 10.1002/adma.202414880

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202414880

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