聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）因其具有良好的物理化学性能和较高的性价比优势，被广泛应用于合成纤维、包装材料以及工程塑料等领域，已经成为所有合成高分子中产量最大的品种之一。然而PET极易燃烧，在被点燃后还会产生严重的熔滴现象，容易加速火焰传播并引发二次危害(如烫伤等)，极大地限制了其在对防火有一定要求的领域的应用。在含卤阻燃剂因环境毒性等问题被世界多国禁用的情况下，含磷阻燃剂目前被认为是对PET最有效的阻燃剂。但现有的含磷阻燃体系都是通过促进聚酯的降解而加速熔融滴落带走热量和火源来达到阻燃效果的，即通过“促熔滴”的机理达到阻燃的目的，同样存在着严重的熔滴问题。因此，如何解决聚酯的阻燃和抗熔滴相矛盾的问题已经成为目前聚酯阻燃科学研究和工业应用上的一个难题。基于以上问题，我室开展了一系列卓有成效的研究，先后提出和发展了“高温自交联抗熔滴”、“离子聚合物抗熔滴”以及“高温自重排抗熔滴”等阻燃抗熔滴技术。
近日，我室在前期研究基础上提出了“氢键交联”的聚酯阻燃抗熔滴策略，通过分子设计合成了一种基于苯并咪唑基团的阻燃单体，并采用熔融共聚的方式将其引入到PET分子链中制备了一种新型的阻燃共聚酯。由于自身特殊的结构特点，在氢键和π-π堆积作用的驱动下，苯并咪唑基团能够在共聚酯分子链中形成纳米尺度的聚集体，起到可逆的物理交联网络的作用，进而抑制PET分子链的自由运动。经变温红外、变温XRD以及一系列的剪切和拉伸流变等测试验证，该物理交联网络在共聚酯熔体状态下依然能够保持，因而使得共聚酯熔体表现出较高的零剪切黏度和熔体强度，从而能够抑制熔滴现象的产生。同时，苯并咪唑基团能够促进共聚酯在燃烧时快速形成稳定的炭层，使共聚酯表现出良好的成炭性和自熄性。因此，共聚酯的熔体强度和成炭性都得到了提高，从而赋予共聚酯高效的阻燃和抗熔滴效果，解决了聚酯阻燃和抗熔滴相矛盾的难题。在引入量为16.7 mol%时，所得共聚酯的氧指数可达36.0 vol.%，能够通过UL-94 V0级测试，没有熔滴产生；而且，所得共聚酯的热释放和烟释放都明显降低，表现出了极高的火安全性。此外，与其他阻燃抗熔滴共聚酯体系相比，由于可逆氢键交联网络的存在，该共聚酯体系表现出了更高的玻璃化转变温度和拉伸强度，有望进一步拓展PET基聚酯的应用范围。该文发表在Chemical
Engineering Journal，374, (2019), 694-705, 第一作者是博士生倪延朋同学。
