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%的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 °C的T_g，图2），而且还表现出高阻燃性（32.1％的LOI、UL-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。

图1 双刺激响应的大分子季鏻盐PBSP的仿生设计示意图

图2 聚碳酸酯的透明性、耐热性与屈服强度

图3 聚碳酸酯在使用阶段的高阻燃性

图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与陈琳研究员。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