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Frontiers 前沿专刊精选 | 阻燃聚合物及其复合材料的最新进展

已有 863 次阅读 2021-9-17 11:08 |个人分类:科研资讯|系统分类:论文交流

前沿专刊『Research Topic』,是 Frontiers 赋能学术工作者的创新方式之一,前沿专刊的客座主编确定某领域内的研究方向,接收相关领域作者的投稿,最终以文章合辑的形式发表在期刊正刊

具有高度影响力的前沿专刊,在截稿后有机会被整理成可免费下载和共享的 eBook。


Frontiers - 前沿专刊本期精选

Flame-Retardant Polymeric Materials and Polymer Composites

阻燃聚合物及其复合材料的最新进展

聚合物材料广泛应用于现代社会的诸多领域,给人们的生产生活带来极大的便利。然而,绝大部分聚合物材料高度易燃,给人们的生命和财产造成潜在的威胁。易燃聚合物材料的高火灾危险性是当前亟待解决的重大课题。因此,降低这些易燃聚合物材料的火灾危险性已经成为其在大部分工业实际应用中的强制性要求。发展阻燃聚合物及其复合材料为改善易燃聚合物材料火灾危险性提供了一个有效策略。

此专刊收录了八篇研究论文,涵盖多种阻燃聚合物材料,包括环氧树脂、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、聚乙烯醇和硬质聚氨酯泡沫。此专刊对先进阻燃材料的物理和化学性能进行更深的阐述,引导人们发现新的阻燃机理。不仅局限于阻燃,还将降低烟气毒性和提高环保特性纳入考虑范围。

此前沿专刊展示了阻燃领域的最新科技进展以及阻燃材料未来的机遇与挑战,可以向来自工业界、学术界和政府部门的工程师、科学家和决策者提供关于阻燃聚合物/复合材料的制备、性能和应用的最新科技知识。

专刊联合发布在:Frontiers in Materials「IF: 3.515」及 Frontiers in Chemistry「IF: 5.221」,当前阅读量已达 13,029 次。

# 1 Editorial: Flame-Retardant Polymeric Materials and Polymer Composites

福州大学施永乾副教授牵头的社论对专刊进行了介绍:聚合物材料应用广泛,但绝大部分高度易燃。发展阻燃聚合物及其复合材料为改善易燃聚合物材料火灾危险性提供了一个有效策略。目前,用于聚合物复合材料的尖端阻燃技术可以细分为三个主要类别:碳增强、自熄以及生物基。该专刊以此为线索,收录了八篇研究论文,旨在拓展和深化与环保、经济和可持续性理念相关的阻燃聚合物/复合材料的制备、性能和应用的最新科技知识,有助于推动阻燃聚合物/复合材料的研究与发展。

# 2 Synthesis of a Novel Spiro Phosphorus–Nitrogen Concerted Reactive Flame-Retardant Curing Agent and Its Application in Epoxy Resin

武汉理工大学黄志雄教授团队以三丙酮二胺、季戊四醇和氯氧化磷为原料,通过一锅合成法制备了一种新型的螺磷基反应性阻燃剂(SPDPT)。SPDPT用作4’4-二氨基二苯基砜的共固化剂,以固化环氧树脂并合成阻燃环氧树脂热固性材料。差示扫描量热法结果表明,SPDPT可以固化环氧树脂。热重分析结果表明,燃烧后,环氧树脂的残炭量增加。当螺磷含量为1.0 wt%时,EP/DDS/SPDPT-4样品的极限氧指数值为26.4%,UL94达到V-0等级。环氧热固性树脂的拉伸性能达到37.20 mPa,弯曲性能达到63.82 MPa,冲击性能达到21.57 kJ·m-2。

# 3 Effect of Bamboo Flour on Flame Retardancy and Smoke Suppression of Polypropylene/Ammonium Polyphosphate Composites

福建师范大学李红周教授、陈庆华教授团队采用聚磷酸铵(APP)和竹粉(BF)作为聚丙烯(PP)复合材料的阻燃和抑烟剂。其中,BF作为增效剂可以有效地改善PP/APP复合材料的阻燃性和抑烟效果。实验结果表明,当PP55/APP30/BF15复合材料中的APP/BF(2:1)的总添加量为45%时,残碳具有更大的比表面积和更小的孔洞,使复合材料具有最佳的抑烟效果。PP55/APP30/BF15复合物的热释放速率峰值降至308.2 kW/m2,残炭量为25 wt%,在燃烧期间形成的连续炭层可以有效地保护基质材料并防止热量传递。

# 4 Polydopamine-Bridged Synthesis of Ternary h-BN@PDA@TiO2 as Nanoenhancers for Thermal Conductivity and Flame Retardant of Polyvinyl Alcohol

在该研究中,巢湖学院王小东教授合成了h-BN@PDA@PDA@TiO2纳米颗粒并用作功能填料以制备聚乙烯醇(PVA)纳米复合材料,研究了杂化颗粒对PVA导热性和阻燃性能的影响。结果表明,杂化颗粒可以显著提高PVA复合材料的导热率和阻燃性能,有效地抑制毒性气体的释放,增强了PVA复合材料的火灾安全性。当混合颗粒的添加量为5 wt%时,PVA复合材料的导热率比纯PVA的高出239.1%,质量损失5 wt%的PVA复合材料的对应温度比纯PVA高16.2 ℃,这是由于h-BN的阻隔效应和TiO2催化形成致密碳层。

# 5 Effect of Graphene Oxide–Modified Cobalt Nickel Phosphate on Flame Retardancy of Epoxy Resin

协同效应是改善环氧树脂(EP)的阻燃性的有效策略。在这项工作中,江苏科技大学张俊豪教授与江苏大学孔庆红副教授合作成功合成了一种新的石墨烯氧化物-钴镍磷酸盐(GO-NiCoPO3),并将其引入EP基体用于制备EP/GO-NiCoPO3纳米复合材料。结果表明,EP/4GO-NiCoPO3纳米复合材料的极限氧指数值高达30.3%,UL-94可达到V-1等级。微型燃烧量热仪的结果表明,与纯EP相比,EP/8GO-NiCoPO3纳米复合材料的总热释放量和热释放速率峰值分别降低了41.9%和23.8%。这主要是由于GO和NiCoPO3的协同阻隔作用。同时,EP/GO-NiCoPO3纳米复合材料可以在燃烧过程中形成致密的炭层,提高EP/GO-NiCoPO3纳米复合材料的热稳定性。

# 6 Functionalized CNTs with DOPO and Silicon Containing Agents: Effective Reinforcer for Thermal and Flame Retardant Properties of Polystyrene Nanocomposites

中国安全生产科学研究院钱小东博士通过溶胶-凝胶法合成了DOPO和含硅剂改性的多壁碳纳米管(MCNT),并通过原位聚合将MCNT引入聚苯乙烯(PS)。TEM结果表明,MCNTs均匀地分散在PS基质中。与PS/CNTs复合材料相比,PS/MCNTs复合材料表现出更好的热稳定性和阻燃性能,这是由于MCNT在PS基体中分散良好。PS基体中的MCNTs还可以降低热释放速率峰值、总热释放量,并提高抑烟性能。碳纳米管的碳增强作用可以为MCNT和有机/无机化合物提供足够的时间来捕获聚合物链降解的自由基并催化碳的形成。

# 7 Flame Retarded Rigid Polyurethane Foams Composites Modified by Aluminum Diethylphosphinate and Expanded Graphite

硬质聚氨酯泡沫(RPUF)是一种有机多孔材料,因其优异的隔热和机械性能而被应用于许多领域,特别是在建筑保温方面。然而,较差的防火性能抑制了其进一步应用。在这项工作中,中国建筑第五工程局有限公司阳栋博士将二乙基次膦酸铝(ADP)与可膨胀石墨(EG)复配成协同阻燃体系,通过一步水吹法制备阻燃硬质聚氨酯泡沫复合材料(FR-RPUF)。此外,系统地研究了RPUF和FR-RPUF复合材料的隔热性、热稳定性、防火性能和分解产物。当添加10 php ADP和20 php EG时,FR-RPUF复合材料的LOI为25.9 vol%,UL-94测试中达到V-1,优于单独添加ADP或EG的RPUF复合材料。

# 8 Preparation and Absorption Carbon Monoxide Properties of a Novel Flame Retardants Based Fire-Fighting Foam

天津大学郭瑞松教授团队与中国人民警察大学钱小东博士合作将纳米氢氧化镁颗粒阻燃剂和水溶性阻燃剂8124混合到水成膜灭火剂(AFFF)中。在高速组织捣碎机混合杯中制备抑烟灭火剂,并以3,000 r/min转速搅拌5 min。新型灭火剂具有良好的吸收一氧化碳(CO)和降低烟气温度的性能。CO浓度降低到131 ppm以下,烟气温度基本保持在40 ℃以下,比无火时低367 ppm和83.1 ℃。使用新型灭火剂可以延迟达到最高CO浓度和最高烟气温度的时间,确保人们有更多的逃生时间。

# 9 Study on Flame Retardancy and Mechanism of Talc Composite Foams

在高温下,水性成膜泡沫灭火剂阻燃性差,灭火效率低。为了解决这个问题,天津大学郭瑞松教授团队与中国人民警察大学钱小东博士合作在泡沫中加入滑石粉形成复合泡沫。结果表明,滑石粉复合泡沫具有良好的阻燃性能。当滑石粉浓度达到40 g/100 ml时,复合泡沫50%分液时间为21.1 min。防燃箱内燃烧的燃料没有点燃油底壳中的汽油,并在51.5 min时燃尽。由于滑石粉的引入,复合泡沫的粘度增加。复合泡沫的网络结构对于提高泡沫的稳定性很重要。滑石粉在油表面形成致密的一层膜,有效地将油与空气隔离。


客座主编 - Frontiers Research Topics

施永乾,福州大学环境与安全工程学院,副教授

施永乾,福州大学环境与安全工程学院副教授,福建省农村废弃物绿色循环技术工程研究中心副主任。主要研究方向:无卤阻燃聚合物复合材料的设计与应用;聚合物材料的热解与燃烧。目前已发表SCI收录论文90余篇,其中ESI高被引论文6篇,被引用4200余次(H-Index:39);申请专利9件,其中授权发明专利4件、实用新型专利1件。目前担任国际期刊 Frontiers in Materials副编辑、Polymers客座编辑以及American Journal of Chemical Engineering和Current Materials Science等杂志编委。此外,已受邀担任Journal of Hazardous Materials、Chemical Engineering Journal、Composites Part A、Composites Part B、Composites Communications、Industrial & Engineering Chemistry Research、Journal of Colloid and Interface Science、Polymer Degradation and Stability等30余本SCI收录期刊通讯审稿人。


余彬,中国科技技术大学火灾科学国家重点实验室,特任教授

余彬,中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,特任研究员,博士生导师。主要研究方向:阻燃纳米复合材料、仿生阻燃材料和火安全功能材料。目前在Progress in Materials Science、Progress in Polymer Science、ACS Nano等期刊发表SCI论文100余篇,SCI引用5900余次,14篇入选ESI高被引论文,2篇入选热点论文,H指数47,参编英文专著2章节。入选中国科学院青年人才计划,主持澳大利亚研究理事会“优青”项目。担任Frontiers in Materials、Polymers、Nanomaterials等多个杂志的副主编、编委及客座主编。



王鑫,中国科技技术大学火灾科学国家重点实验室,副研究员

王鑫,中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,副研究员。主要研究方向:阻燃聚合物复合材料、阻燃生物质高分子材料及新型防灭火材料。目前已发表SCI收录论文150余篇,SCI他引次数7400余次(H-Index:52),应邀撰写英文专题著作1部、英文著作3章节,授权中国发明专利8项。目前担任Molecules杂志编委。担任Journal of Hazardous Materials、Fire and Materials、Composites Science and Technology、Composites Part A、Composites Part B、Composites Structures、ACS Sustainable Chemistry & Engineering、Chemical Engineering Journal、Industrial & Engineering Chemistry Research、Polymer Degradation and Stability等SCI收录期刊通讯审稿人。

Anthony Chun Yin Yuen,澳大利亚新南威尔士大学,助理教授

Anthony Chun Yin Yuen,澳大利亚新南威尔士大学,机械与制造工程,阻燃材料与安全设备研究企业科技研究中心,讲师以及研究中心主管。美国预测和野火管理国际网络网络(iFireNet)成员。主要研究方向:计算流体动力学;热传递;纳米复合阻燃剂;火灾动力学;化学燃烧;烟尘和辐射模拟。此外,生涯研究资金总额为655万澳元。目前担任国际期刊Polymers、Molecules客座编辑。目前在ACS Applied Materials & Interfaces、Chemical Engineering Journal、Journal of Hazardous Materials、Composites Part B–Engineering、Applied Energy、Polymer Reviews、Composite Science and Technology、International Journal of Heat & Mass Transfer等SCI收录期刊发表论文70余篇,H-Index为23。



关于期刊 -Frontiers Research Topics

Frontiers in Materials「IF: 3.515」由世界领先的开放科学出版商 Frontiers 以开放获取形式出版。期刊主要出版涉及材料及工程领域相关的最新科研成果,致力于将相关成果传播至世界各地。

Frontiers in Chemistry「IF: 5.221」是一本完全开放获取出版的期刊,由领先的开放科学出版商 Frontiers 出版,是一本高可见度、高质量的国际期刊,出版化学研究各领域的研究成果,特别是跨领域合作的基础理论研究与应用性研究。


以上 eBook 均由 Frontiers 客座主编 组织的具有高度影响力的前沿专刊『Research Topic』整理而来。

前沿专刊鼓励跨学科、跨期刊交流,鼓励研究者通过不同切入角度就某一重要研究议题进行全方位讨论,以此来增加该研究的关注度并提升其全球影响力

成为客座主编的优势在于:

  1. 享受开放获取出版优势,快速提升您的科研成果的影响力;

  2. 推动本领域的科研进展,领导更积极的学术讨论;

  3. 加强您与本领域科研同行的合作与交流;

  4. 丰富学术履历,提升您与合作者的学术影响力。

作为客座主编,在前沿专刊正式建立之前需要完成三个步骤

  1. 确定专刊主题;

  2. 邀请1-3位专家(需至少包含一位国际专家)作为共同客座主编组织专刊;

  3. 建议潜在的作者名单。

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