[00837334]不易成炭高分子材料的高效凝聚相阻燃体系构建及其作用机制

通用高分子材料因其固有的易燃性引发的火灾事故造成了巨大的经济损失和人员伤亡，其阻燃化是解决这一重大问题的主要途径。然而，80%以上的通用高分子材料是不易成炭高分子材料，一些含卤素的气相阻燃剂被证明对其阻 燃化最为有效，而这些高效的含卤阻燃剂因其毒性或对生态影响近年逐渐被许多国家禁用。如何解决不易成炭高分子材料的无卤高效阻燃问题一直是阻燃领域的世界性难题。该项目主要完成人在最近二十多年坚持在这一难度大、非学界热点但却是国民经济和社会发展重大需求的领域开展探索，针对不易成炭高分子材料的无卤阻燃高性能化进行系统而深入的研究，突破了传统的反应型和 添加型两类阻燃剂的设计理念，提出了阻燃新理论和新方法，成功实现无卤体系的凝聚相高效阻燃，引领了阻燃技术的发展。主要科学发现如下： 1.在反应型阻燃方面，发现在不易成炭高分#材料大分子链中引入“智能”交联基团，在大分子合成和熔融成型加工温度下不交联，而在高温/燃烧时可迅速自交联，继而形成具有隔氧隔热作用的芳构化炭层，赋予高分子材料阻燃性；进一步发现，即使仅含碳氢元素而完全不含传统阻燃元素的情况下也可实现自 交联炭化阻燃，从而提出了“无传统阻燃元素”的绿色阻燃新原理和新方法；该 发现为不易成炭高分子材料的无卤阻燃高性能化开辟了全新途径。 2.在添加型阻燃方面，发现具有特定结构的含氮杂环大分子可作为不易成 炭高分子材料的膨胀阻燃“三源”(酸源、碳源和气源)中碳源和气源“二源”一体化的成炭剂，在高温下能有效炭化交联同时释放可使炭层膨胀的气体，实现膨胀体系的高效凝聚相阻燃，据此发展的成炭剂与传统酸源形成的新型双组分膨胀阻燃体系已广泛应甩于不易成炭高分子材料的高效无卤阻燃；进一步发现，有机胺修饰传统酸源所形成的大分子可通过“桥接”作用促进炭化进而实现自身的“三源”协同高效膨胀阻燃，提出了全新的“三源”一体单组分大分子膨胀阻燃设计思想，据此设计合成的阻燃剂成功用于各类高分子材料无卤阻燃。 3.在协同阻燃方面，发现含Ⅷ族金属的不同纳米粒子可通过迁移、沉积、交联和催化多重作用显著提升不易成炭高分子材料的阻燃效率，提出了新的协同阻燃机制，据此发展的新型协同阻燃体系对易成炭的热塑性和热固性高分子也具有显著的阻燃增效作用。 该项目已发表SCI论文140余篇。8篇代表性论文主要发表在阻燃领域最有影响的国际期刊上，他引1085次。文献检索表明，相关成果受到了活跃在该领域的所有国内外研究团队、学者的引用。基于该项目的发现而发明的技术已获21件授权发明专利，核心技术已得到广泛应用。相关成果被国际权威专家评价为“开创性(pioneered)的”工作，“开辟(open)了全新的绿色阻燃技术”；因主要完成人的学术贡献，受邀在境外国际会议做Plenary和Keynote报告20余次，受邀综述/专论4篇，5次作为国际阻燃会议大会主席，任多个国际期刊编委。该成果入选《国家自然科学基金资助项目优秀成果》，获2018年度教育部的自然科学一等奖。