四川大学王玉忠教授课题组在聚酯阻燃抗熔滴领域取得重要进展
聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是一种综合性能优异的半芳香族聚酯，被广泛应用于合成纤维、工程塑料和包装材料等领域。然而PET极易燃烧，对财产及人身安全造成严重威胁，必须经阻燃处理才能在某些领域使用。在含卤阻燃剂因环境毒性等问题被世界多国所禁用的情况下，含磷阻燃剂目前被认为是对PET最有效的阻燃剂。但不幸的是，现有的含磷聚酯都是通过熔滴滴落带走热量以实现阻燃目的，而熔融滴落通常会导致二次火灾和对人体的直接伤害。因此，聚酯的无卤阻燃与抗熔滴是一对难以调和的矛盾，成为阻燃界至今尚未得到很好解决的难题。
针对聚酯阻燃和抗熔滴相矛盾这一国际难题，王玉忠院士课题组经过多年研究沉淀，取得了一系列重要进展。课题组研究发现，聚酯的熔滴特性归因于聚酯自身高度线性结构和高温下低的熔体粘度。要改变PET燃烧时熔滴这一特性，就必须改变材料原有的线性结构和低的熔体粘度。但如果改变了聚酯的线性结构和熔体行为，势必会使PET的可纺性、加工性、物理机械性能等各方面性能受到严重影响。
基于上述背景，王玉忠教授团队创造性地提出高温自交联的智能阻燃聚酯概念，即聚酯在加工、纺丝、使用等普通条件下不交联，但在被点燃状态下时可以快速发生化学交联，使熔体黏度骤增并加速炭化，从而同时实现阻燃和抗熔滴（图1）。该团队通过聚合物分子结构的设计，通过熔融缩聚在PET分子链中引入可自交联功能集团（如二苯乙炔、偶氮苯、苯基马来酰亚胺等，图2），制备自交共聚酯。所得共聚酯可在保持PET原有特性的情况下，实现阻燃不熔滴（图3）。同时这种共聚酯不含任何传统阻燃元素（如Cl、Br、P等），为绿色阻燃新技术提供了一种全新的策略。
图1. 高温自交联共聚酯阻燃抗熔滴示意图
图2. 可高温自交联的共聚酯功能单体
图3. 含二苯乙炔结构共聚酯垂直燃烧过程示意图
此外王玉忠教授团队还发展了其他两类聚酯阻燃抗熔滴技术，即“离子聚合物抗熔滴”和“高温自重排抗熔滴”。相比高温自交联的化学交联，离子聚合物以可逆物理交联的方式，增大材料熔体粘度，实现抗熔滴（图4）。课题组设计了一系列含磷离子阻燃单体，所得的离聚物聚酯均表现出较佳的阻燃抗熔滴效果。“高温自重排抗熔滴”是通过在PET分子链中引入可高温重排的结构，在高温下通过聚合物分子重排，促进材料成碳化，实现阻燃抗熔滴。
图4. 离聚物氧指数测试后样条（a）和离聚物阻燃抗熔滴示意图（b）
以上相关研究工作，受邀请以Feature Article形式发表在聚合物领域国际知名期刊Macromolecular Rapid Communications (2017, 1700451, DOI: 10.1002/marc.201700451)上。赵海波副研究员为该论文第一作者，王玉忠教授为通讯作者。文中全面综述了课题组在聚酯阻燃抗熔滴领域的工作，相关具体工作已发表多篇学术论文：J. Mater. Chem. 2012, 22, 19849; Polymer 2014, 55, 2394; Polymer 2015, 70, 68; J. Mater. Chem. A 2013, 1, 9264; Polym. Chem. 2016, 7, 2698; Polym. Chem. 2016, 7, 1584; Polym. Degrad. Stab. 2015, 120, 158; Polymer 2015, 60, 50; Polym. Chem. 2014, 5, 1982; Polymer 2015, 77, 21; J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2008, 46, 2994等。
论文链接：
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/marc.201700451/full
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