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                      川大王玉忠教授課題組在聚酯阻燃抗熔滴領域取得重要進展

                      [2017-12-13 14:49]

                      對苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一種綜合性能優異的半芳香族聚酯,被廣泛應用于合成纖維、工程塑料和包裝材料等領域。然而PET極易燃燒,對財產及人身安全造成嚴重威脅,必須經阻燃處理才能在某些領域使用。在含鹵阻燃劑因環境毒性等問題被世界多國所禁用的情況下,含磷阻燃劑目前被認為是對PET最有效的阻燃劑。但不幸的是,現有的含磷聚酯都是通過熔滴滴落帶走熱量以實現阻燃目的,而熔融滴落通常會導致二次火災和對人體的直接傷害。因此,聚酯的無鹵阻燃與抗熔滴是一對難以調和的矛盾,成為阻燃界至今尚未得到很好解決的難題。

                      針對聚酯阻燃和抗熔滴相矛盾這一國際難題,王玉忠院士課題組經過多年研究沉淀,取得了一系列重要進展。課題組研究發現,聚酯的熔滴特性歸因于聚酯自身高度線性結構和高溫下低的熔體粘度。要改變PET燃燒時熔滴這一特性,就必須改變材料原有的線性結構和低的熔體粘度。但如果改變了聚酯的線性結構和熔體行為,勢必會使PET的可紡性、加工性、物理機械性能等各方面性能受到嚴重影響。

                      基于上述背景,王玉忠教授團隊創造性地提出高溫自交聯的智能阻燃聚酯概念,即聚酯在加工、紡絲、使用等普通條件下不交聯,但在被點燃狀態下時可以快速發生化學交聯,使熔體黏度驟增并加速炭化,從而同時實現阻燃和抗熔滴(圖1)。該團隊通過聚合物分子結構的設計,通過熔融縮聚在PET分子鏈中引入可自交聯功能集團(如二苯乙炔、偶氮苯、苯基馬來酰亞胺等,圖2),制備自交共聚酯。所得共聚酯可在保持PET原有特性的情況下,實現阻燃不熔滴(圖3)。同時這種共聚酯不含任何傳統阻燃元素(如Cl、Br、P等),為綠色阻燃新技術提供了一種全新的策略。


                      圖1. 高溫自交聯共聚酯阻燃抗熔滴示意圖

                      圖2. 可高溫自交聯的共聚酯功能單體

                      圖3. 含二苯乙炔結構共聚酯垂直燃燒過程示意圖

                      此外王玉忠教授團隊還發展了其他兩類聚酯阻燃抗熔滴技術,即“離子聚合物抗熔滴”和“高溫自重排抗熔滴”。相比高溫自交聯的化學交聯,離子聚合物以可逆物理交聯的方式,增大材料熔體粘度,實現抗熔滴(圖4)。課題組設計了一系列含磷離子阻燃單體,所得的離聚物聚酯均表現出較佳的阻燃抗熔滴效果!高溫自重排抗熔滴”是通過在PET分子鏈中引入可高溫重排的結構,在高溫下通過聚合物分子重排,促進材料成碳化,實現阻燃抗熔滴。

                      圖四.webp.jpg

                      圖4. 離聚物氧指數測試后樣條(a)和離聚物阻燃抗熔滴示意圖(b)

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