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365best体育材料研究中心在稀土化合物协效阻燃聚乳酸研究取得进展

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时间:2024-05-28   来源:宋立军课题组  文本大。骸 |  | 】  【打印
  在双碳背景下,聚乳酸(PLA)具有强度高、可完全降解的特点,是替代石油基聚合物的优良材料。但PLA的极限氧指数(LOI)仅20%,易燃烧,这极大限制了其在电子电器、汽车等领域的应用。目前商业阻燃剂存在着明显的缺点和不足。如卤系阻燃剂阻燃效率高,但是燃烧过程会释放有毒气体,对环境及人体造成:Γ晃藁枞技磷枞夹实,用量大,与聚合物相容性差,高添加量时对聚合物力学性能影响大;有机磷系及氮系阻燃剂与聚合物相容性好,但是阻燃效率不及卤系阻燃剂,同样存在低效高添加的问题。稀土因其独特的4f电子轨道,其化合物通常表现出丰富的反应活性,如催化酯化作用和高热稳定性,因此稀土化合物在阻燃领域逐渐受到人们的关注。
  365best体育宋立军团队在之前稀土DOPO衍生物阻燃基础上,集成有机含磷配体2-羧乙基苯基次磷酸(CEPPA)和稀土铈元素的优点;,设计合成了兼具高热稳定性和相容性的新型片层状稀土配合物Ce@CEPPA。将其与商业化阻燃剂APP1:4的比例复合,总添加量仅需5%即可使PLA复合材料的垂直燃烧等级达V-0级,极限氧指数达29.4%。研究发现,在燃烧过程中,配合物在热分解时形成Ce2P2Ox簇或纳米颗粒,显著加速催化PLA分子链成碳和APP的脱氨分解成酸;同时配合物的层状结构本身也诱导碳层取向生长,从而形成了含铈交联密集富磷碳层,有效隔绝空气、热量和可燃气体。此外,配合物和APP分解及PLA分子链成碳过程中,产生大量的氨气、水汽及其它不可燃气体,稀释可燃性气体和氧气。通过在凝聚相和气相共同作用,Ce@CEPPA大幅提升了PLA复合材料的火安全性能,拓宽了PLA的应用范围。该研究为稀土阻燃高分子材料研发提供了新思路,为拓展稀土下游应用提供了理论基础。

  该成果以Synthesis of cerium-based flame retardant containing phosphorus and its impact on the flammability of polylactic acid为题发表在SCI一区期刊International Journal of Biological Macromolecules》(2024,271,132636,doi:10.1016/j.ijbiomac.2024.132636。硕士研究生曾军玮为第一作者,宋立军研究员为通讯作者。
 
 
 
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