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南昆士蘭大學王浩教授/宋平安教授/霍思奇博士 PPS 綜述:可回收阻燃生物基熱固性材料 - 從分子工程到性能和應用
2025-03-08  來源:高分子科技

  熱固性聚合物,如環氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯和乙烯基酯,是一類具有三維交聯網絡的聚合物。熱固性樹脂具有優異的機械性能、電絕緣性、耐化學腐蝕性和尺寸穩定性,使其在航空航天、交通運輸、建筑和電子等多個行業得到廣泛應用。目前,全球熱固性樹脂的年產量約為 6500 萬噸,占聚合物總產量的約 20%。


  目前,熱固性樹脂主要由石油基化學品合成。盡管其應用廣泛,但這些石油基熱固性材料面臨諸多挑戰,主要包括以下三大缺陷:(i)大規模生產導致石油資源的過度消耗,并引發一系列環境問題;(ii)其固有的可燃性對環境和人類構成火災威脅;(iii)不可降解/不可回收性導致大量塑料廢棄物的產生,對生態系統造成嚴重破壞。因此,開發先進的生物基熱固性樹脂,以滿足現代工業需求并促進可持續發展,具有重要意義。


  近日,澳大利亞南昆士蘭大學王浩教授/宋平安教授/霍思奇博士在高分子領域頂級綜述類期刊《Progress in Polymer Science》(IF=26)聯合發表題為“Recyclable fire-retardant bio-based thermosets: From molecular engineering to performances and applications”的綜述論文。該綜述全面概述了生物基、阻燃、可回收熱固性樹脂的最新進展,解析其化學結構、阻燃性與可回收性之間的內在關聯。依據 ISO 16620-2:2019 標準,評估并比較了文獻報道的生物基含量,同時探討其阻燃性能及回收降解機理。重點聚焦結構-性能關系及實際應用,并剖析關鍵挑戰,展望未來發展方向與工業應用前景。南昆士蘭大學在讀博士生郭勇為第一作者,王浩教授,宋平安教授和霍思奇博士為共同通訊作者,該論文得到了浙大寧波理工學院方征平教授和李娟教授的指導。該工作得到澳大利亞研究理事會的支持。


圖1 先進可回收,阻燃,生物基熱固性材料


圖2木質素、呋喃、生物質酸和植物油衍生化學品的來源和代表


圖3 不同含磷阻燃結構,生物基含氮結構和生物基富苯/C=C結構及其阻燃機理


圖4 多種動態交換反應


  將本征阻燃性和可回收性等多功能特性引入熱固性樹脂,將顯著拓展其應用范圍并提升使用安全性。在“碳中和”和“多功能化”背景下,發展可回收、阻燃的生物基熱固性樹脂不僅能降低環境影響,還能增強其實際應用價值。本綜述探討了材料選擇與結構設計如何影響生物基熱固性樹脂的阻燃性、可回收性及其他性能,并總結了不同動態共價網絡(CANs)在構建可回收、阻燃生物基熱固性樹脂中的策略及作用機制。通過精細結構設計,生物基熱固性材料可展現高機械強度、阻燃性、可降解性、可回收性及抗菌性等獨特性能,使其廣泛適用于碳纖維增強復合材料(CFRPs)、抗菌涂層及氣凝膠等領域。深入理解生物基原料、材料結構與性能之間的關系,將為這些材料的設計及其實際應用提供重要指導。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2025.101935

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