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  聚丙烯腈(PAN)纖維質(zhì)地蓬松、手感柔軟、密度小、保暖性好，具有優(yōu)異的耐日曬牢度、耐候性、耐蟲(chóng)蛀性、耐輻射性和抗生物降解性，有“人造羊毛”的美譽(yù)，被廣泛應(yīng)用于室內(nèi)裝飾及服裝、室外織物、建筑復(fù)合材料等領(lǐng)域。然而，PAN纖維不僅易燃，而且燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生有害濃煙及有毒氣體(HCN、CO等)，限制了其在特定領(lǐng)域的應(yīng)用。目前，應(yīng)用于PAN纖維的商業(yè)化無(wú)鹵磷系阻燃添加劑(如聚磷酸銨、磷酸三苯酯等)存在用量大、阻燃效率較低、劣化PAN纖維力學(xué)性能的問(wèn)題，且燃燒過(guò)程發(fā)煙量較大。因此，如何開(kāi)發(fā)新型高效阻燃劑來(lái)解決PAN纖維阻燃和力學(xué)性能的矛盾成為一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的難題。

  基于前期對(duì)PAN纖維燃燒熱解行為及MoS2納米阻燃體系的研究(Chem. Eng. J. 2019, 372: 873-885; Composites Part B 2020, 201: 108298; Composites Part B 2019, 174: 107037; Chem. Eng. J. 2020, 384: 123288; Chem. Eng. J. 2020, 397: 125410; Composites Part B 2021, 215: 108742; Composites Communications 2021, 27: 100902；ACS Appl. Mater. Interfaces, 2021, 32: 38405-38415；ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 40：47549-47559；Chem. Eng. J. 2021, 426: 131818.)，作者設(shè)計(jì)合成了一種以B-N-P為主體橋聯(lián)結(jié)構(gòu)的新型共價(jià)有機(jī)框架(BNPC)，將其作為高效添加型阻燃劑用于同步提升PAN纖維的阻燃、抑煙及力學(xué)性能。

圖1.BNPC的合成路線及SEM形貌

  BNPC的合成路線及SEM形貌如圖1所示。錐形量熱測(cè)試發(fā)現(xiàn)(圖2)，添加7wt%的BNPC使PAN@BNPC-7纖維的熱釋放速率、煙釋放量和CO產(chǎn)量分別降低了72.6%、67.2%和76.3%，其 LOI值達(dá)到28.2%。詳細(xì)地阻燃機(jī)理分析表明(圖3)，BNPC在PAN纖維初期燃燒過(guò)程通過(guò)離子引發(fā)機(jī)制促進(jìn)了PAN分子鏈的環(huán)化反應(yīng)，降低了環(huán)化活化能，提高了環(huán)化程度及環(huán)化結(jié)構(gòu)的交聯(lián)度，減少了環(huán)化反應(yīng)不完全而引起的分子鏈斷裂，抑制了HCN等氣體及小分子揮發(fā)物的生成。隨著燃燒的進(jìn)行，豐富的P、B阻燃元素催化環(huán)化交聯(lián)結(jié)構(gòu)形成致密碳層覆蓋在纖維表面，隔絕外部熱量及氧氣，防止纖維進(jìn)一步燃燒裂解，從而達(dá)到阻燃抑煙效果。

圖2.不同PAN@BNPC復(fù)合纖維的阻燃性能

圖3.阻燃機(jī)理示意圖

  該研究成果以“B-N-P-linked covalent organic frameworks for efficient flame retarding and toxic smoke suppression of polyacrylonitrile composite fiber”為題發(fā)表于Chemical Engineering Journal。論文第一作者為江南大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院彭虹云博士(研究方向?yàn)镸oS₂基高性能復(fù)合纖維及環(huán)境能量轉(zhuǎn)換材料)，通訊作者為王冬助理研究員和付少海教授。

  原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894721046969

通訊作者介紹

付少海 教授、博士生導(dǎo)師，現(xiàn)任職于江南大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)兼江蘇省紡織品數(shù)字噴墨印花工程技術(shù)研究中心主任。同時(shí)，擔(dān)任《Coloration Technology》、《紡織導(dǎo)報(bào)》和《服裝學(xué)報(bào)》編委；江蘇省紡織工程學(xué)會(huì)染整專(zhuān)業(yè)委員會(huì)委員；中國(guó)紡織工程學(xué)會(huì)理事。主要從事數(shù)字噴墨印花技術(shù)，生物質(zhì)纖維功能化改性技術(shù)和迷彩隱身面料的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)技術(shù)等領(lǐng)域研究。近年來(lái)，已在AM、ACS Appl. Mater. Interfaces等國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文180余篇；授權(quán)美國(guó)發(fā)明專(zhuān)利1項(xiàng)，中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利20項(xiàng)；獲中國(guó)紡織工業(yè)協(xié)會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，中國(guó)石油及化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，江蘇省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、三等獎(jiǎng)2項(xiàng)，香港桑麻科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。

王冬，博士畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，現(xiàn)任江南大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院助理研究員,現(xiàn)為中國(guó)紡織工程學(xué)會(huì)會(huì)員。主要研究方向?yàn)槔w維基材料的高強(qiáng)阻燃改性,以及二維納米材料的制備及功能化應(yīng)用研究。以第一作者和通訊作者在J. Mater. Chem. A、 ACS Appl. Mater. Interfaces、Chem. Eng. J.、J. Hazard. Mater.、Compos. PART B-ENG.等國(guó)際國(guó)內(nèi)權(quán)威學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表SCI論文30余篇，其中一區(qū)top論文20余篇，授權(quán)中國(guó)專(zhuān)利6項(xiàng)：先后入選江蘇省雙創(chuàng)博士、香江學(xué)者等人才項(xiàng)目，榮獲中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)優(yōu)秀獎(jiǎng)等學(xué)術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)；主持十三五國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題，江蘇省自然科學(xué)基金青年基金和中央高校基本科研計(jì)劃青年基金。