聚氨酯等杂链高分子材料具备高度易燃性，且燃烧时会伴随一氧化碳等毒性气体的生成，由此引起的火灾伤亡事故频发。传统阻燃策略是将含有卤素、磷、氮、硼、硅等特定阻燃元素的阻燃剂引入高分子材料中，通常利用以下机制实现高分子材料的阻燃：（1）通过阻燃剂分解产生活性自由基（如含卤、含磷自由基）终止燃烧链式反应；（2）通过阻燃剂分解产生惰性气体（如氨气、CO2）稀释氧气浓度使火焰窒息；（3）通过阻燃剂分解产生酸性物质（如Lewis酸）催化基材或成炭剂形成保护性炭层以熄灭火焰；（4）通过阻燃剂（如可膨胀石墨）分解直接形成保护性炭层。然而，通过阻燃剂分解产物使高分子材料获得阻燃性能的被动阻燃方式，往往需要添加大量的阻燃剂，将不可避免地恶化力学性能，甚至加剧毒性烟气释放。因此，使用较少的阻燃剂赋予高分子材料高阻燃低烟毒的火安全性，同时维持材料自身力学性能，是传统阻燃方式所面临的巨大挑战。

  针对以上难题，西华大学陈明军教授课题组与四川大学赵海波教授合作提出了一种催化聚合物在燃烧前自裂解并主动释放CO2以实现聚合物“主动灭火”的阻燃新策略。该工作利用钾离子催化传统软质聚氨酯硬质泡沫材料的氨基甲酸酯基团和聚醚链段重排，实现在软质聚氨酯硬质泡沫大量分解前的较窄温度范围内，催化软质聚氨酯硬质泡沫快速自裂解产生大量CO2，实现离火自熄，并大大降低毒性气体CO、HCN和NOx浓度，获得优异的火安全性能（图1）。仅引入1.05 wt%的甲酸钾就可使软质聚氨酯硬质泡沫的极限氧指数（LOI）明显提升至26.5%，被点燃时间增加927%，烟毒性大幅度降低95%（图2）。

  为了研究钾盐阻燃软质聚氨酯硬质泡沫的普适性，选取了亲核性强弱不同的钾盐作为研究对象。测试根据结果得出，亲核性强弱不同的钾盐对软质聚氨酯硬质泡沫均有阻燃效果，且钾盐亲核性越强，催化聚氨酯分解的活性越高。以具有较强亲核性的甲酸钾和苹果酸钾为例，详细研究了钾盐催化阻燃软质聚氨酯硬质泡沫的机理。根据结果得出，在聚氨酯大量分解所需温度以前，甲酸钾和苹果酸钾可催化聚氨酯在较窄温度范围内（260~320 °C），快速自裂解产生大量CO2。其原因主要在于，甲酸钾和苹果酸钾的引入使软质聚氨酯硬质泡沫中聚醚链段热分解所需活化能从242 kJ/mol分别降低至61 kJ/mol和65 kJ/mol。同时，钾盐的引入改变了聚氨酯中氨基甲酸酯基团的裂解行为，并加速了聚醚链段的热氧化反应，提前生成CO2（图3）。此外，少量（约1 wt%）钾盐的加入不仅较好地维持了软质聚氨酯硬质泡沫的压缩强度和形变回复率，还同时增强了拉伸强度和韧性（图4）。

  综上所述，该工作使用不含传统阻燃元素的钾盐，通过催化聚氨酯自裂解释放CO2的“主动灭火”新机制，解决了聚氨酯高阻燃低烟毒且不损害力学性能的科学挑战，为开发综合性能优异的火安全高分子材料提供了新思路和新策略。

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