Catalytic polymer self-cleavage for CO2 generation before combustion empowers materials with fire safety

燃烧 催化作用 聚合物 劈理(地质) 消防安全 材料科学 纳米技术 环境科学 化学 业务 风险分析(工程) 复合材料 有机化学 断裂(地质)
作者
Wei Luo,Mingjun Chen,Ting Wang,Jin-Feng Feng,Zhi-Cheng Fu,Jiao-Yu Deng,Yonggang Yan,Yu-Zhong Wang,Haibo Zhao
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-024-46756-0
摘要

Abstract Polymeric materials, rich in carbon, hydrogen, and oxygen elements, present substantial fire hazards to both human life and property due to their intrinsic flammability. Overcoming this challenge in the absence of any flame-retardant elements is a daunting task. Herein, we introduce an innovative strategy employing catalytic polymer auto-pyrolysis before combustion to proactively release CO 2 , akin to possessing responsive CO 2 fire extinguishing mechanisms. We demonstrate that potassium salts with strong nucleophilicity (such as potassium formate/malate) can transform conventional polyurethane foam into materials with fire safety through rearrangement. This transformation results in the rapid generation of a substantial volume of CO 2 , occurring before the onset of intense decomposition, effectively extinguishing fires. The inclusion of just 1.05 wt% potassium formate can significantly raise the limiting oxygen index of polyurethane foam to 26.5%, increase the time to ignition by 927%, and tremendously reduce smoke toxicity by 95%. The successful application of various potassium salts, combined with a comprehensive examination of the underlying mechanisms, underscores the viability of this strategy. This pioneering catalytic approach paves the way for the efficient and eco-friendly development of polymeric materials with fire safety.
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