氮掺杂碳量子点/木质素磺酸钠协同增强聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜阻燃性能的研究

针对聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）易燃性导致的火灾风险问题，研究人员通过一步热溶剂法制备了氮掺杂碳量子点（N-CQDs）与木质素磺酸钠（Sodi）协同改性的PET复合薄膜（N-CQDs/Sodi@PET）。该材料UL-94阻燃等级达V-0级，极限氧指数（LOI）提升至30%，热释放率峰值降低77.6%，残炭率提高71.7%，为开发高效环保型阻燃PET提供了新策略。

　　

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）作为广泛应用于纺织、包装等领域的高分子材料，其易燃性（LOI仅19.5%）始终是制约安全应用的瓶颈。传统卤系阻燃剂虽有效却会释放有毒气体，而无机阻燃剂存在添加量大、损害材料性能等问题。面对环保与安全的双重需求，河北自然科学基金（E2022208046）和国家自然科学基金（52004080）支持的研究团队创新性地将生物基材料木质素磺酸钠（Sodi）与纳米碳量子点（CQDs）结合，在《Polymer Degradation and Stability》发表了突破性研究成果。

研究采用四唑（Tet）和甘油（Gly）为原料，通过水热法制备氮掺杂碳量子点（N-CQDs），并利用Sodi作为分散剂将其接枝到PET薄膜表面。关键技术包括：锥形量热测试（评估热释放速率）、热重分析（TG-DTG测定残炭率）、极限氧指数（LOI）和垂直燃烧测试（UL-94评级），以及扫描电镜（SEM）和X射线光电子能谱（XPS）对残炭形貌与成分的表征。

【研究结果】

1. 材料制备与表征：TEM显示合成的N-CQDs平均粒径为2.9 nm，XRD证实其成功掺杂氮元素。FT-IR证明Sodi通过氢键与PET结合。

2. 阻燃性能：N-CQDs/Sodi@PET的LOI达30%，UL-94达到最高阻燃等级V-0；锥形量热显示热释放率峰值（pHRR）从1667 kW/m²骤降至373 kW/m²，火灾增长指数（FGI）降低56%。

3. 热稳定性：残炭率从10.6%提升至18.2%，TG分析表明N-CQDs促进形成致密碳层，XPS证实残炭中富含C=O和C-N阻隔结构。

该研究揭示了N-CQDs在气相中捕获自由基、Sodi在凝聚相促进成炭的协同机制，相比传统阻燃剂，其添加量减少50%以上且无有毒气体释放。这种"纳米碳点-生物质"协同策略不仅为PET阻燃提供了新思路，更为开发环境友好型高分子材料指明了方向。正如作者Jinfeng Zhang团队强调的，该方法可扩展至其他易燃聚合物体系，具有显著的产业化潜力。