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四川大學(xué)陳琳研究員/汪秀麗教授團(tuán)隊(duì) Mater. Horiz.：可化學(xué)回收、高透明的阻燃聚碳酸酯
2024-10-25  來(lái)源：高分子科技

  聚碳酸酯（PC）因其優(yōu)異的光學(xué)透明度、高玻璃化溫度和熱穩(wěn)定性，被廣泛應(yīng)用于建筑面板、包裝、電子產(chǎn)品和軌道交通等領(lǐng)域。然而，PC的阻燃性有限且廢棄后難以回收，目前雖然已有多種阻燃劑用于PC的阻燃改性，但是大部分阻燃劑的添加同時(shí)也給PC的使用和回收帶來(lái)了顯著問(wèn)題：①相容性差的阻燃劑會(huì)破壞PC的透明性和力學(xué)性能；②阻燃劑在PC回收過(guò)程中容易產(chǎn)生副反應(yīng)和副產(chǎn)物，加大了產(chǎn)物回收和分離的難度；③當(dāng)阻燃PC被填埋處理時(shí)，阻燃劑會(huì)逐漸遷移到環(huán)境中，帶來(lái)潛在的環(huán)境污染問(wèn)題。因此如何設(shè)計(jì)更加高效且環(huán)保的阻燃劑，以同時(shí)滿足聚碳酸酯使用階段性能需求和消費(fèi)后回收再利用是亟待突破的難題。


  近期，四川大學(xué)陳琳研究員/汪秀麗教授團(tuán)隊(duì)提出了一種通過(guò)“熱響應(yīng)性的芳香磷酸季鏻鹽（DP）”制備可選擇性化學(xué)回收、高透明的阻燃聚碳酸酯新策略。當(dāng)DP添加到PC基材后，可以在不同溫度下可控地作為阻燃劑或催化劑發(fā)揮作用（圖1）。在燃燒高溫下（> 350 °C），DP作為阻燃劑，通過(guò)氧消耗機(jī)制和自由基捕獲作用抑制氣相燃燒反應(yīng)，賦予PC優(yōu)異的阻燃性能（圖2）。DP添加量?jī)H為2wt%時(shí)，阻燃PC的極限氧指數(shù)提高至31.1%并通過(guò)UL-94 V-0級(jí)，在可見光區(qū)的透明度大于84%。在相對(duì)較低溫度下（180 °C），DP作為催化劑，實(shí)現(xiàn)了在混合塑料中PC的選擇性化學(xué)回收。DP的磷酸根陰離子與親核試劑(乙二醇)以及季鏻陽(yáng)離子與親電體碳酸酯鍵形成的“雙重氫鍵催化”是實(shí)現(xiàn)PC高效化學(xué)解聚的關(guān)鍵（圖3）。這項(xiàng)工作從PC的化學(xué)結(jié)構(gòu)和燃燒特性出發(fā)，設(shè)計(jì)了兼具阻燃和催化作用的高效添加劑，實(shí)現(xiàn)了聚碳酸酯在制備-使用-回收的生命周期管理，為設(shè)計(jì)開發(fā)綜合性能優(yōu)異的綠色可持續(xù)阻燃高分子材料提供了新思路。


圖1 可選擇性化學(xué)回收、高透明的阻燃聚碳酸酯的設(shè)計(jì)示意圖


圖2 聚碳酸酯在使用階段的透明性與阻燃性能


圖3 聚碳酸酯在使用壽命結(jié)束后的選擇性化學(xué)回收


  本工作以“Selectively self-recyclable, highly transparent and fire-safe polycarbonate plastic enabled by thermally responsive phosphonium-phosphate”為題，發(fā)表在《Materials Horizons》上。論文第一作者為四川大學(xué)博士生鄧攀，通訊作者為四川大學(xué)陳琳研究員與汪秀麗教授。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金(22275131, 51991351)、四川省自然科學(xué)基金（2024NSFSC0260）和四川大學(xué)機(jī)構(gòu)研究基金（2021SCUNL201）的支持。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1039/D4MH01139B

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