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  聚丙烯腈(PAN)纖維質地蓬松、手感柔軟、密度小、保暖性好，具有優異的耐日曬牢度、耐候性、耐蟲蛀性、耐輻射性和抗生物降解性，有“人造羊毛”的美譽，被廣泛應用于室內裝飾及服裝、室外織物、建筑復合材料等領域。然而，PAN纖維不僅易燃，而且燃燒時會產生有害濃煙及有毒氣體(HCN、CO等)，限制了其在特定領域的應用。目前，應用于PAN纖維的商業化無鹵磷系阻燃添加劑(如聚磷酸銨、磷酸三苯酯等)存在用量大、阻燃效率較低、劣化PAN纖維力學性能的問題，且燃燒過程發煙量較大。因此，如何開發新型高效阻燃劑來解決PAN纖維阻燃和力學性能的矛盾成為一個具有挑戰性的難題。

  基于前期對PAN纖維燃燒熱解行為及MoS2納米阻燃體系的研究(Chem. Eng. J. 2019, 372: 873-885; Composites Part B 2020, 201: 108298; Composites Part B 2019, 174: 107037; Chem. Eng. J. 2020, 384: 123288; Chem. Eng. J. 2020, 397: 125410; Composites Part B 2021, 215: 108742; Composites Communications 2021, 27: 100902；ACS Appl. Mater. Interfaces, 2021, 32: 38405-38415；ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 40：47549-47559；Chem. Eng. J. 2021, 426: 131818.)，作者設計合成了一種以B-N-P為主體橋聯結構的新型共價有機框架(BNPC)，將其作為高效添加型阻燃劑用于同步提升PAN纖維的阻燃、抑煙及力學性能。

圖1.BNPC的合成路線及SEM形貌

  BNPC的合成路線及SEM形貌如圖1所示。錐形量熱測試發現(圖2)，添加7wt%的BNPC使PAN@BNPC-7纖維的熱釋放速率、煙釋放量和CO產量分別降低了72.6%、67.2%和76.3%，其 LOI值達到28.2%。詳細地阻燃機理分析表明(圖3)，BNPC在PAN纖維初期燃燒過程通過離子引發機制促進了PAN分子鏈的環化反應，降低了環化活化能，提高了環化程度及環化結構的交聯度，減少了環化反應不完全而引起的分子鏈斷裂，抑制了HCN等氣體及小分子揮發物的生成。隨著燃燒的進行，豐富的P、B阻燃元素催化環化交聯結構形成致密碳層覆蓋在纖維表面，隔絕外部熱量及氧氣，防止纖維進一步燃燒裂解，從而達到阻燃抑煙效果。

圖2.不同PAN@BNPC復合纖維的阻燃性能

圖3.阻燃機理示意圖

  該研究成果以“B-N-P-linked covalent organic frameworks for efficient flame retarding and toxic smoke suppression of polyacrylonitrile composite fiber”為題發表于Chemical Engineering Journal。論文第一作者為江南大學紡織科學與工程學院彭虹云博士(研究方向為MoS₂基高性能復合纖維及環境能量轉換材料)，通訊作者為王冬助理研究員和付少海教授。

  原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894721046969

通訊作者介紹

付少海 教授、博士生導師，現任職于江南大學紡織科學與工程學院院長兼江蘇省紡織品數字噴墨印花工程技術研究中心主任。同時，擔任《Coloration Technology》、《紡織導報》和《服裝學報》編委；江蘇省紡織工程學會染整專業委員會委員；中國紡織工程學會理事。主要從事數字噴墨印花技術，生物質纖維功能化改性技術和迷彩隱身面料的設計與開發技術等領域研究。近年來，已在AM、ACS Appl. Mater. Interfaces等國內外學術期刊發表論文180余篇；授權美國發明專利1項，中國發明專利20項；獲中國紡織工業協會科技進步一等獎1項，中國石油及化學工業聯合會科技進步二等獎1項，江蘇省科技進步二等獎1項、三等獎2項，香港桑麻科技進步二等獎1項。

王冬，博士畢業于中國科學技術大學，現任江南大學紡織科學與工程學院助理研究員,現為中國紡織工程學會會員。主要研究方向為纖維基材料的高強阻燃改性,以及二維納米材料的制備及功能化應用研究。以第一作者和通訊作者在J. Mater. Chem. A、 ACS Appl. Mater. Interfaces、Chem. Eng. J.、J. Hazard. Mater.、Compos. PART B-ENG.等國際國內權威學術期刊上發表SCI論文30余篇，其中一區top論文20余篇，授權中國專利6項：先后入選江蘇省雙創博士、香江學者等人才項目，榮獲中國科學院院長優秀獎等學術獎勵；主持十三五國家重點研發計劃子課題，江蘇省自然科學基金青年基金和中央高校基本科研計劃青年基金。