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  高分子材料的可持續發展、防火安全以及優異綜合性能受到了越來越多的關注。聚碳酸酯（PC）因其優異的光學透明性、耐熱性和力學性能，被廣泛應用于5G通信、航空航天、軌道交通等需要高阻燃性的高端領域。但是，阻燃劑的添加對PC材料在使用階段的關鍵性能以及報廢后的可回收性提出了重大挑戰。首先，由于相容性問題和增塑作用，許多小分子阻燃劑往往會損害PC材料的力學性能、透明性和耐熱性。其次，在使用壽命結束后，阻燃劑在PC回收過程中容易導致不良副反應和副產物，增加回收產物的分離和純化難度。因此，從全生命周期和可持續發展考慮，需要科學地設計阻燃劑以滿足PC在使用階段的性能需求，以及實現服役結束后的回收再利用。

  近期，受自然界生物體刺激響應防御機制的啟發，四川大學陳琳研究員/汪秀麗教授團隊提出了一種通過“雙刺激響應的大分子季鏻鹽（PBSP）”制備可化學回收、高性能的阻燃PC新策略（圖1）。具體而言，在燃燒高溫刺激下，PBSP可以在PC分解前提前釋放出高親氧性的三苯基膦，通過氧消耗機制和自由基捕獲作用抑制氣相燃燒反應，以提高PC的阻燃性能。僅需添加3 wt%的PBSP，相應的PC/PBSP不僅保持了優異的拉伸強度（86.0 MPa）、透明性（>85％透光率）和高耐熱性（145 °C的T_g，圖2），而且還表現出高阻燃性（32.1％的LOI、UL-94 V-0級且不熔滴，圖3）和抑煙性（總煙生成量降低32.8%）。在乙二醇的化學刺激下，PBSP則可以釋放季鏻陽離子來催化PC鏈的化學解聚反應，回收得到雙酚A單體和高價值的碳酸乙烯酯。PBSP的季鏻陽離子通過“氫鍵催化”提高PC碳酸酯鍵的電正性是實現高效化學回收的關鍵（圖4）。該工作通過刺激響應的仿生設計，同時賦予PC材料使用階段的阻燃性能和報廢后的化學可回收性，為構建兼具高火安全性、優異綜合性能和易回收的高分子材料提供了新思路。

圖1 雙刺激響應的大分子季鏻鹽PBSP的仿生設計示意圖

圖2 聚碳酸酯的透明性、耐熱性與屈服強度

圖3 聚碳酸酯在使用階段的高阻燃性

圖4 聚碳酸酯在使用壽命結束后的化學回收

  本工作以“Bioinspired dual-stimulus-responsive macromolecular engineering enables chemically recyclable, high-performance and fire-retardant plastic”為題，發表在《Macromolecules》上。論文第一作者為四川大學博士生鄧攀，通訊作者為四川大學汪秀麗教授與陳琳研究員。該研究得到了國家自然科學基金(22275131, 52473008)、四川省自然科學基金（2024NSFSC0260）和四川大學機構研究基金（2021SCUNL201, B20001）的支持。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.5c00753