多伦多大学颜宁教授团队顶刊综述 Chem. Soc. Rev.:生物基阻燃聚氨酯

01 背景
聚氨酯是全球产量最大的高分子材料之一,但其氨基甲酸酯主链在 200–400 °C 即开始热分解,遇火后熔滴严重、火焰传播快。传统解决方案是添加卤系阻燃剂,通过在气相中淬灭 H· 和 ·OH 自由基中断链式燃烧反应——虽然有效,却带来毒性、烟雾和环境蓄积等一系列问题。
更深层的问题在于:即使换成"生物基"原料,也不必然等于可持续。该综述援引生命周期评估(LCA)指出,部分生物基阻燃剂的合成需要强腐蚀性试剂、高能耗工艺和多步官能团修饰,碳足迹不降反升。此外,阻燃性能与力学性能此消彼长——高添加量的阻燃剂会作为"结构缺陷"破坏泡沫泡孔,非共价添加剂还会在使用中迁移溶出,导致防火性能随时间衰减。
02 成果
【生物基科技】近日,多伦多大学颜宁教授课题组联合香港城市大学连思琪(Carol S. K. Lin)教授、香港理工大学成松助理教授团队,在化学领域权威综述期刊 Chemical Society Reviews 上发表了题为 "Development of bio-based flame-retardant polyurethane"的综述文章,系统描绘了聚氨酯阻燃体系向"生物基、本征阻燃、可循环"转型的全景路线图。

颜宁教授长期深耕火灾安全与计算流体力学模拟,连思琪教授在生物基平台化学品与绿色化工领域成果丰硕,成松助理教授则专注于生物质高分子工程。三个团队的这次联手,没有停留在罗列文献层面,而是构建了一个将分子设计—阻燃性能—材料特性—工业适用性—全生命周期可持续性串联起来的一体化分析框架,并映射至绿色化学十二原则。这是该综述最核心的贡献:为整个领域提供了一把统一的“评价标尺”。
文章深入剖析了利用木质素、壳聚糖、蛋白质、植酸和单宁等可再生原料开展分子工程设计的策略,以强化凝聚相成炭与热屏蔽效应;同时评述了逐层(LbL)纳米涂层和微胶囊等先进复合结构设计,旨在解耦阻燃性能提升与力学性能劣化之间的矛盾。此外,本文将讨论范畴由传统燃烧性能拓展至生命周期影响与经济技术可行性,强调可持续性不仅取决于以生物基原料替代化石资源,也依赖于化学循环利用能力。通过厘清单体结构、阻燃行为与工业可扩展性之间的构效关系,本文识别了推动生物基阻燃聚氨酯(FR PUs)与NIPUs商业化及其向下一代可持续材料转型的关键研究空白与发展方向。
03 研究进展





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