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       本文介绍了一种全面优于商业阻燃剂的稀土Y₂Sn₂O₇，具有催化和吸附作用，能够显著降低聚氯乙烯（PVC）复合材料的热灾害和非热灾害。结果表明，添加15 wt% Y₂Sn₂O₇后，PVC复合材料的阻燃等级达到V-0级，热释放速率峰值从282.7 kW/m²（纯PVC）降至243.6 kW/m²。此外，PVC/Y₂Sn₂O₇的烟密度降低至263 m²/m²，与纯PVC材料（511 m²/m²）相比降低了48.5%，显示出优异的抑烟能力。与Sb₂O₃相比，Y₂Sn₂O₇能显著降低有毒气体CO的释放（减少37.5%）。本研究开发了一种新型稀土阻燃剂，为提高PVC复合材料的消防安全性能提供了一种有前景的设计方案。

文章概述

聚氯乙烯（PVC）以其卓越的耐化学性、电绝缘性能和成本效益而闻名，已成为全球第二大通用塑料材料。然而PVC材料在燃烧过程中会释放大量的有毒烟气。传统的商业阻燃剂如三氧化二锑（Sb2O3），氢氧化镁（MH），氢氧化铝（ATH），双金属氢氧化物（LDH），碳酸钙（CaCO3）等尽管能够解决其阻燃性问题，但是对于抑烟减毒性能方面并无助益。在全球消费迅速增长且关注安全的背景下，解决PVC有毒烟气释放问题已成为日益关键的问题，亟待全球各行业和社会的关注。

基于上述背景，中国科学技术大学火灾安全全国重点实验室胡源研究员、宋磊教授、汪碧波副教授课题组制备了一种全面优于商业阻燃剂的稀土Y2Sn2O7，所制备的稀土基Y2Sn2O7粒径为0.135 μm，低于绝大部分商业阻燃剂；并且Y2Sn2O7具有远超于商业阻燃剂的热稳定性（图1）。

图1  Y2Sn2O7的制备与表征。(a) Y2Sn2O7制备过程的示意图；(b) XRD结果；(c) TEM图和(d) SEM图；(e) 粒径结果；(f) 传统阻燃剂的粒径结果；(g) Y2Sn2O7和传统阻燃剂的TGA分析。

系统研究了Y2Sn2O7和商业阻燃剂对PVC热灾害的影响。所制备的Y2Sn2O7对PVC复合材料的热释放峰值与总热释放与最常用的商业阻燃剂Sb2O3相当，低于其他添加商业阻燃剂的PVC复合材料。添加15 wt% Y2Sn2O7后，PVC复合材料的阻燃等级达到V-0级，热释放速率峰值从282.7 kW/m²（纯PVC）降至243.6 kW/m²。此外，PVC/Y2Sn2O7具有最高的FPI和较低的FGI，且均优于PVC/Sb2O3。结果表明，Y2Sn2O7具有优异的降低PVC材料热灾害的能力。

文章展示了Y2Sn2O7和商业阻燃剂对PVC抑烟减毒性能的影响。添加传统商业阻燃剂Sb2O3，能够显著升高PVC材料的总烟、CO2、CO的释放。而相较于PVC/Sb2O3，PVC/Y2Sn2O7的总烟、CO2、CO的释放量明显下降，分别为44.8%、37.5%和4.9%。PVC/Y2Sn2O7的烟密度为263 m2/m2，为所有PVC复合材料中最低的，表明其具有最优异的抑烟减毒效果。此外，作者从凝聚相和气相详细分析了Y2Sn2O7的阻燃机理：具有超高热稳定性的Y2Sn2O7在高温下能够发挥催化和吸附作用，实现抑烟减毒性能；Y2Sn2O7能够催化成炭，从而形成致密的炭层，减少有毒气体和热量的逸出（图2）。

图2抑烟减毒性能。（a）PVC及其复合材料总烟释放量（TSP）曲线，（b）二氧化碳产生速率（CO₂PR）曲线，（c）一氧化碳产生速率（COPR）曲线，（d）pCOPR和pCO₂PR峰值。（e）纯PVC及PVC复合材料的透光率结果；（f）纯PVC及PVC复合材料的烟密度（Ds max）。

PVC/Y2Sn2O7复合材料的拉伸强度仍然能保持在16.1 MPa，相较于纯PVC并无明显下降。从pHRR、力学性能、烟密度、阻燃剂成本和热稳定性五个方面评价了Y2Sn2O7和商业阻燃剂对PVC体系的影响。结果表明，Y2Sn2O7几乎完全处于优势，全面优于传统商业阻燃剂（图3）。

图3 PVC复合材料综合性能对比

汪碧波副教授和于晓丽研究员是该论文的共同第一作者，汪碧波副教授和宋磊教授为共同通讯作者。该项工作发表在Chinese Journal of Polymer Science。

Citation：

Wang, B. B.; Yu, X. L.; Yu, F. H.; Song, Z. M.; Cao, H. Z.; Han, D. Q.; Song, L.; Hu, Y. Improved smoke suppression and toxicity reduction of poly(vinyl chloride) materials enabled by rare earth-based Y2Sn2O7. 

Chinese J. Polym. Sci. 2025, 43, 2241–2251