南工大材料学院 JCLP：基于一锅法“升级改造”（upcycle）策略制备双连续相导热功能材料

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现有聚合物材料在消费后回收（recycle）技术效率不高，主要是因为它难以保持材料的初始性能，因此迫切需要开发更高效地回收高分子材料的新方法。在这种情况下，“升级改造”（upcycle）的概念是一个有吸引力的替代方案。“升级改造”也称之为“升级回收”、“上循环”， 有别于传统的聚合物材料回收再利用。 “升级改造”通常是指将无用及不需要的产品,转化为质量更好或具有环境价值的新材料或产品。然而，“升级改造”仍存在新的挑战和问题，如合成方法复杂且成本高昂、新废物的产生以及循环材料的不可回收。因此，迫切需要一种简单、直接、有效的“升级改造”方法解决这一问题。

近日，南京工业大学材料科学与工程学院博士生张晗为第一作者，以聚氯乙烯（PVC）/乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）/膨胀石墨（EG）的复合材料体系为概念验证示例，构建填料选择性分布的双连续相结构以实现聚合物材料的一锅法“升级改造”循环策略。研究发现，EG在EVA相中的选择性分布使得导热系数和传热导性能的协同提高。此外，该复合材料体系在历经包括热冲击、热老化和紫外光辐照在内的多重环境因素使用后，导热性能几乎不受影响。有趣的是，经过多重环境因素使用后的复合材料仍然表现出优异的阻燃和抑烟性能（实验和模拟结果），因此可以重新用作卓越的消防安全材料。更重要的是，PVC/EVA/EG体系表现出更好的熔体加工性，证实了其优越的“升级改造”特性。最后，值得注意的是，此“升级改造”过程是简单易行的一锅法，不需要任何后处理，为“升级改造”复合材料提供了一种简单而有前景的方法。该工作以“One-pot upcycling strategy achieved in Bi-continuous thermal conductive polymer composites”为题发表在《Journal of Cleaner Production》上。

图1 （a）不同结构复合材料的导热系数；（b）EMT理论计算的复合材料的导热系数；（c）不同结晶体系中传热机理的示意图。

图2 （a）不同热处理后复合材料的数码照片；复合材料在（b）热冲击和（c）热老化、（d）以及紫外光辐照后的导热系数。

图3 （a）复合材料的烟密度等级和最大烟密度；（b）复合材料的烟密度曲线；（c）复合材料用作室内建筑材料的阻燃性能模拟：（d）温度，（e）烟密度，（f）烟尘可见度。

图4 复合材料的熔体流动速率和熔体挤出物的数码图片。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.138780

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