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四川大学陈琳研究员/汪秀丽教授团队 Macromolecules:刺激响应仿生设计实现易回收的阻燃聚碳酸酯
2025-07-29  来源:高分子科技

  高分子材料的可持续发展、防火安全以及优异综合性能受到了越来越多的关注。聚碳酸酯(PC)因其优异的光学透明性、耐热性和力学性能,被广泛应用于5G通信、航空航天、轨道交通等需要高阻燃性的高端领域。但是,阻燃剂的添加对PC材料在使用阶段的关键性能以及报废后的可回收性提出了重大挑战。首先,由于相容性问题和增塑作用,许多小分子阻燃剂往往会损害PC材料的力学性能、透明性和耐热性。其次,在使用寿命结束后,阻燃剂在PC回收过程中容易导致不良副反应和副产物,增加回收产物的分离和纯化难度。因此,从全生命周期和可持续发展考虑,需要科学地设计阻燃剂以满足PC在使用阶段的性能需求,以及实现服役结束后的回收再利用。


  近期,受自然界生物体刺激响应防御机制的启发,四川大学陈琳研究员/汪秀丽教授团队提出了一种通过双刺激响应的大分子季鏻盐PBSP”制备可化学回收、高性能的阻燃PC新策略(图1)。具体而言,在燃烧高温刺激下,PBSP可以在PC分解前提前释放出高亲氧性的三苯基膦,通过氧消耗机制和自由基捕获作用抑制气相燃烧反应,以提高PC的阻燃性能。仅需添加3 wt%PBSP,相应的PC/PBSP不仅保持了优异的拉伸强度(86.0 MPa)、透明性(>85%透光率)和高耐热性(145 °CTg2),而且还表现出高阻燃性(32.1%的LOIUL-94 V-0级且不熔滴,图3)和抑烟性(总烟生成量降低32.8%)。在乙二醇的化学刺激下,PBSP则可以释放季鏻阳离子来催化PC链的化学解聚反应,回收得到双酚A单体和高价值的碳酸乙烯酯。PBSP的季鏻阳离子通过“氢键催化”提高PC碳酸酯键的电正性是实现高效化学回收的关键(图4)。该工作通过刺激响应的仿生设计,同时赋予PC材料使用阶段的阻燃性能和报废后的化学可回收性,为构建兼具高火安全性、优异综合性能和易回收的高分子材料提供了新思路。



1 双刺激响应的大分子季鏻盐PBSP的仿生设计示意图



2 聚碳酸酯的透明性、耐热性与屈服强度



3 聚碳酸酯在使用阶段的高阻燃性



4 聚碳酸酯在使用寿命结束后的化学回收


  本工作以Bioinspired dual-stimulus-responsive macromolecular engineering enables chemically recyclable, high-performance and fire-retardant plastic”为题,发表在《Macromolecules》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汪秀丽教授陈琳研究员。该研究得到了国家自然科学基金(22275131, 52473008)、四川省自然科学基金(2024NSFSC0260)和四川大学机构研究基金(2021SCUNL201, B20001)的支持。


  原文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.5c00753

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(责任编辑:xu)
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