四川大学陈琳研究员/汪秀丽教授团队 Mater. Horiz.：可化学回收、高透明的阻燃聚碳酸酯

2024-10-25 来源：高分子科技

聚碳酸酯（PC）因其优异的光学透明度、高玻璃化温度和热稳定性，被广泛应用于建筑面板、包装、电子产品和轨道交通等领域。然而，PC的阻燃性有限且废弃后难以回收，目前虽然已有多种阻燃剂用于PC的阻燃改性，但是大部分阻燃剂的添加同时也给PC的使用和回收带来了显著问题：①相容性差的阻燃剂会破坏PC的透明性和力学性能；②阻燃剂在PC回收过程中容易产生副反应和副产物，加大了产物回收和分离的难度；③当阻燃PC被填埋处理时，阻燃剂会逐渐迁移到环境中，带来潜在的环境污染问题。因此如何设计更加高效且环保的阻燃剂，以同时满足聚碳酸酯使用阶段性能需求和消费后回收再利用是亟待突破的难题。

近期，四川大学陈琳研究员/汪秀丽教授团队提出了一种通过“热响应性的芳香磷酸季鏻盐（DP）”制备可选择性化学回收、高透明的阻燃聚碳酸酯新策略。当DP添加到PC基材后，可以在不同温度下可控地作为阻燃剂或催化剂发挥作用（图1）。在燃烧高温下（> 350 °C），DP作为阻燃剂，通过氧消耗机制和自由基捕获作用抑制气相燃烧反应，赋予PC优异的阻燃性能（图2）。DP添加量仅为2wt%时，阻燃PC的极限氧指数提高至31.1%并通过UL-94 V-0级，在可见光区的透明度大于84%。在相对较低温度下（180 °C），DP作为催化剂，实现了在混合塑料中PC的选择性化学回收。DP的磷酸根阴离子与亲核试剂(乙二醇)以及季鏻阳离子与亲电体碳酸酯键形成的“双重氢键催化”是实现PC高效化学解聚的关键（图3）。这项工作从PC的化学结构和燃烧特性出发，设计了兼具阻燃和催化作用的高效添加剂，实现了聚碳酸酯在制备-使用-回收的生命周期管理，为设计开发综合性能优异的绿色可持续阻燃高分子材料提供了新思路。

图1 可选择性化学回收、高透明的阻燃聚碳酸酯的设计示意图

图2 聚碳酸酯在使用阶段的透明性与阻燃性能

图3 聚碳酸酯在使用寿命结束后的选择性化学回收

本工作以“Selectively self-recyclable, highly transparent and fire-safe polycarbonate plastic enabled by thermally responsive phosphonium-phosphate”为题，发表在《Materials Horizons》上。论文第一作者为四川大学博士生邓攀，通讯作者为四川大学陈琳研究员与汪秀丽教授。该研究得到了国家自然科学基金(22275131, 51991351)、四川省自然科学基金（2024NSFSC0260）和四川大学机构研究基金（2021SCUNL201）的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1039/D4MH01139B

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（责任编辑：xu）

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