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【学术聚焦】2022年第8期:材料学院朱宗民博士发表论文入选ESI高被引论文

通讯员:材料学院来源:材料学院 阅读:发布时间:2022-03-25审稿:侯畅

近期,根据ESI(基本科学指标数据库)最新数据显示,材料科学与工程学院朱宗民老师2021年发表于阻燃材料领域TOP期刊Polymer Degradation and Stability的研究成果《A novel DOPO-based flame retardant containing benzimidazolone structure with high charring ability towards low flammability and smoke epoxy resins》入选了由Web of Science识别的高被引论文。该论文以武汉纺织大学为第一完成单位,朱宗民为第一通讯作者,研究生王浩为第一作者。ESI高被引论文是指在ESI学科分类中,一篇论文在ESI收录时间范围(十年)内的被引频次位于该学科所有论文的前1%,则称该篇论文是高被引论文。此类论文通常在其研究领域具有较高的影响力,是其研究成果得到学术界广泛关注的直接体现。此外,ESI高被引论文已成为教育部学科评估中重要指标之一。

随着科学技术的发展,环氧树脂(EP)因优异的机械性能、电绝缘性、耐化学腐蚀性、粘结性等优点,已成为5G通信、电子电器、轨道交通内饰等高端制造业不可或缺的基础性材料。然而EP自身的易燃性限制了其进一步发展和应用。赋予EP优异的阻燃性能具有重要意义。在近二十年,卤系阻燃剂因其低成本和良好的阻燃效果而被广泛用于解决EP的易燃性。然而,研究发现这些卤素化合物在燃烧时会产生一些有毒和腐蚀性物质,如二恶英、溴化氢和多溴联苯呋喃等,并能够在自然生态中长期积累,对人体和生态环境造成威胁。因此,许多卤系阻燃剂被联合国《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》在全球内禁止使用。目前,开发绿色阻燃剂已成为当前的一种趋势。磷系阻燃剂被认为是最有前景的绿色阻燃剂之一。其中,9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)及其衍生物因高阻燃效率以及热稳定好等优点被广泛应用于EP的阻燃研究。然而,DOPO阻燃剂因高效的气相自由基捕获效应,在很好地抑制燃烧的同时,也使得EP复合材料的生烟量增大,造成了阻燃和抑烟之间的矛盾。

为同时赋予EP复合材料优异的阻燃和抑烟性能,本文作者通过合理的分子设计,将苯并咪唑酮结构和DOPO结构相结合,制备出同时兼具凝聚相催化成炭效应和气相自由基捕获效应的阻燃剂(POBDBI)(如图1所示)。该阻燃剂在受热分解时,一方面生成大量含磷的自由基(如PO2·、PO·等),能够捕获聚合物燃烧链反应中的OH·和H·自由基,从而起到阻燃作用;另一方面又能催化EP在燃烧时形成更加致密的炭层,抑制烟的释放。该阻燃剂能够使EP复合材料的极限氧指数达到36.5%,垂直燃烧等级通过UL-94 V0级别,烟释放总量下降50%,总热释放量下降60%。

图1. POBDBI阻燃剂的降解过程。

由于苯并咪唑酮结构单元的引入,在凝聚相残炭中,能够与DOPO分解产生的焦磷酸、偏磷酸发生交联、催化成炭效应,发挥磷-氮协同作用,进一步提升燃烧过程中残炭的致密性。如图b2和b3显示,致密的残炭能够有效地阻隔燃烧过程中热、质以及可燃性气体的传递,从而保护底部基材免于燃烧。

图2. EP(a1)、EP/POBDBI-1.0(b1)的数码照片;EP(a2、a3)的外部和内部残炭、EP/POBDBI-1.0(b2、b3)的外部和内部残炭的SEM图像;残炭的红外(c)以及XPS图(d)

朱宗民博士,毕业于四川大学,师从王玉忠院士,2018年9月受聘于武汉纺织大学材料与科学工程学院,并进入由王桦和王罗新教授带领的前沿纤维材料团队。一直以来从事无卤阻燃剂分子设计、功能高分子材料的制备以及废旧纺织品高附加值回收利用等研究工作,目前已在ACSApplMater InterComposSci Technol、Compos Part B-EngChem Eng JPolym Degrad Stabil等期刊发表SCI论文30余篇,其中以第一作者或者通讯作者身份发表SCI论文13篇,ESI高倍引论文2篇。申请国家发明专利7项,已获得授权专利3项。并多次在国内外阻燃学术会议上做口头报告。

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编辑:程鹏
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