聚对苯二甲酸乙二醇酯（聚酯，PET）的阻燃和抗熔滴相矛盾的问题，是目前聚酯阻燃科学研究和工业应用上的一个难题。为了解决这个问题，本室开展了一系列卓有成效的研究，先后提出和发展了“高温自交联炭化”、“离子交联”以及“高温重排-端基捕捉”等阻燃抗熔滴新原理和新方法。最近，本室探讨了“氢键交联”策略对PET阻燃抗熔滴性能的贡献。在前期的研究中(Chemical
Engineering Journal, 2019, 374,
694-705)，我们发现将苯并咪唑基团通过熔融共聚引入到PET分子链中后，由于苯并咪唑基团自身特殊的结构特点，在氢键和π-π堆积作用的驱动下，能够在共聚酯分子链中形成纳米级的聚集体，从而起到物理交联网络的作用。该物理交联网络在共聚酯熔体状态下依然能够在一定程度上保持，因而使共聚酯熔体表现出较高的零剪切黏度和拉伸黏度。在此基础上，我们通过分子结构设计，控制氢键供体的有无，进一步合成了两种结构相似的含苯并咪唑基团共聚酯(PET-co-PBMs和PET-co-PNMs)。两种共聚酯的成炭方式和能力基本一致，都是通过苯并咪唑基团的提前分解而促进炭化形成保护性炭层。不含氢键网络的共聚酯（PET-co-PNMs）无法通过UL-94 V-0 级测试。在燃烧过程中，聚合物熔体仅仅受到自身重力影响，其流变行为可以近似地理解为熔体在非常低的剪切速率下的流变行为，因而可以近似地用聚合物熔体的零剪切黏度（η0）来评估燃烧时的聚合物的熔体黏度大小。含氢键网络的共聚酯PET-co-PBMs，由于分子链间氢键作用的存在，形成稳定的“物理交联点”，表现出远高于PET-co-PNMs和纯PET的零剪切黏度，这意味着在燃烧初期聚合物熔体的流动变得困难，有利于抑制熔滴。此外，由于氢键网络的引入，共聚酯的玻璃化转变温度和力学性能都得到明显提高，有望进一步拓展PET基聚酯的应用范围，在强力丝、工程塑料等领域表现出良好的应用前景。
相关结果发表在Macromolecular Materials and
Engineering (DOI: 10.1002/mame.201900661), 论文第一作者为本室博士生倪延朋。
