聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）是一種綜合性能優(yōu)異的半芳香族聚酯，被廣泛應(yīng)用于合成纖維、工程塑料和包裝材料等領(lǐng)域。然而PET極易燃燒，對財(cái)產(chǎn)及人身安全造成嚴(yán)重威脅，必須經(jīng)阻燃處理才能在某些領(lǐng)域使用。在含鹵阻燃劑因環(huán)境毒性等問題被世界多國所禁用的情況下，含磷阻燃劑目前被認(rèn)為是對PET最有效的阻燃劑。但不幸的是，現(xiàn)有的含磷聚酯都是通過熔滴滴落帶走熱量以實(shí)現(xiàn)阻燃目的，而熔融滴落通常會導(dǎo)致二次火災(zāi)和對人體的直接傷害。因此，聚酯的無鹵阻燃與抗熔滴是一對難以調(diào)和的矛盾，成為阻燃界至今尚未得到很好解決的難題。
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針對聚酯阻燃和抗熔滴相矛盾這一國際難題，王玉忠院士課題組經(jīng)過多年研究沉淀，取得了一系列重要進(jìn)展。課題組研究發(fā)現(xiàn)，聚酯的熔滴特性歸因于聚酯自身高度線性結(jié)構(gòu)和高溫下低的熔體粘度。要改變PET燃燒時(shí)熔滴這一特性，就必須改變材料原有的線性結(jié)構(gòu)和低的熔體粘度。但如果改變了聚酯的線性結(jié)構(gòu)和熔體行為，勢必會使PET的可紡性、加工性、物理機(jī)械性能等各方面性能受到嚴(yán)重影響。
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基于上述背景，王玉忠教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地提出高溫自交聯(lián)的智能阻燃聚酯概念，即聚酯在加工、紡絲、使用等普通條件下不交聯(lián)，但在被點(diǎn)燃狀態(tài)下時(shí)可以快速發(fā)生化學(xué)交聯(lián)，使熔體黏度驟增并加速炭化，從而同時(shí)實(shí)現(xiàn)阻燃和抗熔滴（圖1）。該團(tuán)隊(duì)通過聚合物分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，通過熔融縮聚在PET分子鏈中引入可自交聯(lián)功能集團(tuán)（如二苯乙炔、偶氮苯、苯基馬來酰亞胺等，圖2），制備自交共聚酯。所得共聚酯可在保持PET原有特性的情況下，實(shí)現(xiàn)阻燃不熔滴（圖3）。同時(shí)這種共聚酯不含任何傳統(tǒng)阻燃元素（如Cl、Br、P等），為綠色阻燃新技術(shù)提供了一種全新的策略。
圖1. 高溫自交聯(lián)共聚酯阻燃抗熔滴示意圖
圖2. 可高溫自交聯(lián)的共聚酯功能單體
圖3. 含二苯乙炔結(jié)構(gòu)共聚酯垂直燃燒過程示意圖
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此外王玉忠教授團(tuán)隊(duì)還發(fā)展了其他兩類聚酯阻燃抗熔滴技術(shù)，即“離子聚合物抗熔滴”和“高溫自重排抗熔滴”。相比高溫自交聯(lián)的化學(xué)交聯(lián)，離子聚合物以可逆物理交聯(lián)的方式，增大材料熔體粘度，實(shí)現(xiàn)抗熔滴（圖4）。課題組設(shè)計(jì)了一系列含磷離子阻燃單體，所得的離聚物聚酯均表現(xiàn)出較佳的阻燃抗熔滴效果。“高溫自重排抗熔滴”是通過在PET分子鏈中引入可高溫重排的結(jié)構(gòu)，在高溫下通過聚合物分子重排，促進(jìn)材料成碳化，實(shí)現(xiàn)阻燃抗熔滴。
圖4. 離聚物氧指數(shù)測試后樣條（a）和離聚物阻燃抗熔滴示意圖（b）
本文來源：中國流變網(wǎng)
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