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  高分子材料因其諸多優點如質輕、比強度高、易于加工成形、絕緣、耐酸堿腐蝕等，在國民經濟、國防軍工及人們日常生活的各個領域得到廣泛的應用。然而，由于其固有的基于碳氫的有機結構，絕大多數高分子材料屬于易燃、可燃材料，在燃燒時熱釋放速率大、熱值高、火焰傳播速度快，不易熄滅；某些材料燃燒時還產生濃煙及有毒有害氣體，對人類生命健康和財產安全構成巨大威脅。隨著對健康與安全意識的日益增強，各行各業對高分子材料的阻燃性提出了越來越高的要求，如高阻燃效率、阻燃持久性、低熱/煙釋放、不破壞力學等其它使用性能等。傳統的阻燃方法雖然起到了較好的阻燃效果，但卻逐漸難以滿足日益提升的高火安全要求，一系列新阻燃方法在過去的一二十年間應運而生(Polym. Adv. Technol., 2010, 21:1-26; Materials, 2010, 3:4746-4760; Polym. Chem. 2014, 5:3737-3749; Macromol. Rapid Comm., 2017, 38:1700451; 科學通報, 2020, 65:3160-3172)。

  近日，四川大學王玉忠院士團隊系統總結了近年來發展起來的高分子阻燃新方法,重點介紹了以有機-無機雜化阻燃、“三源一體”膨脹阻燃、納米協同阻燃、原位增強阻燃、可控碳化阻燃、生物基阻燃劑阻燃為代表的添加型阻燃新方法，以離聚物、高溫自交聯、高溫重排為代表的共聚型炭化阻燃新方法，以及以等離子體/紫外輔助處理、溶膠-凝膠、層層自組裝、仿生涂層為代表的表面處理阻燃新方法。提出了該領域的挑戰及未來發展方向：

  （1）阻燃劑的低毒與環境友好：隨著大眾對生態、環保意識的提高，以及相關法律法規的發布，阻燃方法的環保性和低毒性已逐漸成為決定其應用的先決條件；這不僅要求阻燃劑本身不存在殘留、生物積累和毒性(PBT)以及低VOCs釋放，而且還要求其原材料和制備過程也應盡可能環保。

  （2）控制燃燒產物的阻燃：傳統的阻燃僅考慮抑制點燃、離火自息性、降低燃燒熱等，已不能滿足某些特定領域（如高層建筑、飛機、高鐵等）對低煙低毒釋放的要求，因此能控制燃燒產物低煙低毒的阻燃方法將是未來的發展方向。

  （3）高效阻燃：阻燃劑（包括添加型、反應型和表面處理）的用量應盡可能低，以盡量減少對高分子材料基體固有性能的負面影響。

  （4）阻燃持久性：添加型阻燃劑的遷移析出以及表面處理阻燃成分隨外部磨損侵蝕而損失將導致阻燃性的降低(例如，織物經阻燃整理后的阻燃性大都會在50次洗滌后大幅降低)，因此需要研究開發不易遷移和與高分子結合力強的阻燃劑。

  （5）大分子阻燃劑：以具有原位成纖增強效果的熱致液晶高分子阻燃劑為代表的大分子阻燃劑，不僅可使阻燃高分子材料保持較好的綜合性能，也可解決阻燃劑的“PBT”問題，因此大分子阻燃劑是添加型阻燃劑的重要發展方向。

  （6）不含傳統阻燃元素的阻燃方法：以高溫自交聯炭化和高溫重排為代表的在高分子體系中引入不含傳統阻燃元素的化學結構實現阻燃的方法，使滿足那些既不允許使用阻燃劑而又需要火安全性的“不合理要求”成為可能；這種極具挑戰性的阻燃方式，是阻燃領域的發展新方向。

  （7）可持續阻燃體系：研究開發生物基、可生物降解、可回收/循環的阻燃劑和阻燃高分子材料。

圖1. (a) 高分子材料燃燒過程示意圖；(b)添加型阻燃方法；(c)共聚型阻燃方法；(d)表面處理阻燃方法。

圖2. (a)典型有機-無機雜化阻燃劑；(b)傳統膨脹阻燃和“三源一體”膨脹阻燃示意圖；(c)基于聚磷酸銨（APP）的“三源一體”膨脹阻燃劑；(d)典型“三源一體”膨脹阻燃的成炭、抑熱、抑煙效果。

圖3. （a）共聚型炭化阻燃方法示意圖；典型離聚物、高溫自交聯/重排阻燃單體（b）及成交聯/重排結構（c）；（d）典型高溫重排阻燃效果。

  該文以“Advanced Flame-Retardant Methods for Polymeric Materials”為題發表在《Advanced Materials》上。共同第一作者為四川大學省部共建環境與火安全高分子材料協同創新中心劉博文研究員和趙海波教授，通訊作者為王玉忠教授。本文報道的作者相關研究工作先后得到國家自然科學基金重大項目、重點項目、面上和青年項目以及人才基金等不同類項目的資助。

  論文信息：

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202107905

  Advanced Flame-Retardant Methods for Polymeric Materials

  Bo-Wen Liu#, Hai-Bo Zhao#, Yu-Zhong Wang*

  Adv. Mater. DOI: 10.1002/adma.202107905