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四川大學陳琳研究員/汪秀麗教授團隊 Mater. Horiz.：可化學回收、高透明的阻燃聚碳酸酯

2024-10-25 來源：高分子科技

聚碳酸酯（PC）因其優(yōu)異的光學透明度、高玻璃化溫度和熱穩(wěn)定性，被廣泛應用于建筑面板、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也給PC的使用和回收帶來了顯著問題：①相容性差的阻燃劑會破壞PC的透明性和力學性能；②阻燃劑在PC回收過程中容易產(chǎn)生副反應和副產(chǎn)物，加大了產(chǎn)物回收和分離的難度；③當阻燃PC被填埋處理時，阻燃劑會逐漸遷移到環(huán)境中，帶來潛在的環(huán)境污染問題。因此如何設(shè)計更加高效且環(huán)保的阻燃劑，以同時滿足聚碳酸酯使用階段性能需求和消費后回收再利用是亟待突破的難題。

近期，四川大學陳琳研究員/汪秀麗教授團隊提出了一種通過“熱響應性的芳香磷酸季鏻鹽（DP）”制備可選擇性化學回收、高透明的阻燃聚碳酸酯新策略。當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，通過氧消耗機制和自由基捕獲作用抑制氣相燃燒反應，賦予PC優(yōu)異的阻燃性能（圖2）。DP添加量僅為2wt%時，阻燃PC的極限氧指數(shù)提高至31.1%并通過UL-94 V-0級，在可見光區(qū)的透明度大于84%。在相對較低溫度下（180 °C），DP作為催化劑，實現(xiàn)了在混合塑料中PC的選擇性化學回收。DP的磷酸根陰離子與親核試劑(乙二醇)以及季鏻陽離子與親電體碳酸酯鍵形成的“雙重氫鍵催化”是實現(xiàn)PC高效化學解聚的關(guān)鍵（圖3）。這項工作從PC的化學結(jié)構(gòu)和燃燒特性出發(fā)，設(shè)計了兼具阻燃和催化作用的高效添加劑，實現(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 可選擇性化學回收、高透明的阻燃聚碳酸酯的設(shè)計示意圖

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博士生鄧攀，通訊作者為四川大學陳琳研究員與汪秀麗教授。該研究得到了國家自然科學基金(22275131, 51991351)、四川省自然科學基金（2024NSFSC0260）和四川大學機構(gòu)研究基金（2021SCUNL201）的支持。

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

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（責任編輯：xu）

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