基于有機相變材料（PCM）和聚合物基多孔框架集成的相變復合材料（PCC）具有高儲熱密度、良好的耐久性、靈活的可設計性、可定制的功能等優勢，近年來吸引了廣泛的研究興趣。然而，聚合物框架和有機PCM通常具有較高的易燃性，同時，多孔結構會進一步加劇內部有機PCMs的燃燒，由此導致的火災風險長期困擾著這類PCC的發展。對此，現有的阻燃改性技術主要包括：對有機PCM或聚合物框架進行化學阻燃改性/物理共混阻燃劑，或在PCC外部涂敷阻燃涂層。然而，這些方法很難改善有機PCMs低成炭的本質，或改善多孔結構導致的燃燒加劇，尤其是，阻燃成份的引入還容易降低材料整體的潛熱。
中科院寧波材料所劉小青研究員多年致力于可持續熱固性樹脂研究（Adv. Mater., 2024, 2311242; Prog. Polym. Sci., 2021, 113, 101353），創制了系列高性能生物基/可回收的熱固性樹脂及其結構-功能復合體系，并發展了基于新型可持續熱固性樹脂的PCMs分子和PCC框架材料（Chem. Eng. J., 2023, 460, 141882; Compos. B. Eng., 2024, 272: 111233; Green Chem., 2021, 23, 8643）。通過設計可持續熱固性樹脂的分子結構，并利用其本征特性，還開發了多種具有升級回收潛力和高性能碳材料前驅體的樹脂材料（Adv. Mater., 2024, 2401920; Adv. Mater., 2022, 2209545; Nano Energy, 2022, 100, 107477; ACS Nano, 2021, 15, 12, 19490-19502）。
圖1. 聚苯并噁嗪氣凝膠和苯并噁嗪基PCM的設計及其“高溫觸發交聯”機制
圖2. 聚苯并噁嗪氣凝膠、苯并噁嗪基PCM的結構/性能表征
圖3. 相變復合材料的儲熱性能、耐久性及阻燃性
圖4. 基于“高溫觸發交聯反應”的阻燃機制
在酚羥基的引發下，PCC內部的苯并噁嗪基PCMs的開環聚合溫度從266.7℃降低到了219.4℃。同時，PCC在固化后形成了更多的五取代、六取代苯環結構，其800℃下殘炭率和燃燒總熱釋放的實際測量值也顯著優于其理論值，對應了框架與PCM之間的相互交聯和協同作用。當該PCC被明火燃燒時，表面形成了致密且連續的炭層，有利于凝聚相阻燃。相比于其它已報道的阻燃改性聚合物/有機PCM復合物，該工作所制備的PCC很好地平衡了潛熱和阻燃性。
原文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/mh/d4mh00831f
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