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川大王玉忠院士团队 AFM：可升级回收阻燃泡沫塑料

高分子科技 · 公众号 · 化学 · 2024-12-06 15:11

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使用阻燃剂是提升高分子材料火安全性、降低火灾风险的重要途径。然而，由于污染物的级联效应，大量有毒阻燃剂、材料制备添加剂的使用以及塑料废弃物在环境中的累积加剧了全球环境污染与资源浪费问题。因此，亟需发展绿色环保的多功能阻燃剂，同时操控高分子材料的制备过程、安全服役、废弃物回收及其可循环利用特性，实现材料全生命周期管理和可持续发展。

图 1 环保自适应催化策略实现材料的全生命周期管理和可持续发展

近日， 四川大学王玉忠院士团队 利用环保型羧酸盐在不同温度下对材料结构的响应性可控催化活性， 提出了一种基于丙酸钠自适应性催化实现半硬质聚氨酯泡沫绿色制备、高效阻燃和可持续循环升级回收的新策略 （图 1 ）。在常温和不使用复杂 / 高生态风险催化剂条件下，丙酸钠可特异性催化、平衡半硬质聚氨酯泡沫制备涉及的起泡和交联反应，形成高机械强度（ 562 kPa ）和高回弹（ 89.3% ）泡沫材料，具有优异的抗形变能力；当暴露在火场中时，其通过催化改变氨基甲酸酯键和软段部分的热解路径为炭化和生成不可燃气体 CO ₂ ，在无传统阻燃元素（磷、卤素）的阻燃剂引入和仅添加 8.4 wt% 时，实现泡沫材料的高效自熄和高极限氧指数（ 25.5% ）。此外，与现有可回收阻燃材料不同，丙酸钠可同时催化废弃聚氨酯泡沫网络碎片化和功能重组，完全回收构建高强度（ 5.8 MPa ）胶粘剂，特别是再生胶粘剂可反复碎片化 - 重整以进入新的使用循环而无需使用额外的降解、重构催化剂，避免了废弃泡沫材料和添加剂相关的环境污染，实现了自驱动可持续循环升级回收。

图 2 丙酸钠催化聚氨酯泡沫制备原理

图 3 聚氨酯泡沫材料的阻燃性能与机理探究

图 4 废弃阻燃聚氨酯泡沫材料的自驱动可持续升级回收

相关工作以 “Eco-Friendly Self-Adaptive Catalytic Strategy for Plastics Lifecycles: Achieving Green Preparation, Superior Flame Retardancy, and Self-Driven Sustainability” 为题发表在 Advanced Functional Materials 上，第一作者是四川大学环保型高分子材料国家地方联合工程实验室硕士研究生 吴亚楠 ， 王玉忠院士和曾富容助理研究员 为论文的共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金（ 51991351 ）的支持。

该工作是团队近期关于阻燃高分子材料回收相关研究的最新进展之一（ Mater. Horiz. , 2024 , 11 , 3585; ACS Materials Lett. 2023 , 5 , 6, 1692; Mater. Horiz. , 2023 , 10 , 4551; Sci. Adv. , 2022 , 8 , eadd8527 ），不仅解决了应用量大面广高分子材料面临的高火安全风险、塑料 / 添加剂污染、回收可持续性差的难题，可扩展的自适应性催化策略也为未来高分子材料的绿色可持续管理提供了一种新思路。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202419263

川大王玉忠院士团队 AFM：可升级回收阻燃泡沫塑料

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