聚乙二醇诱导合成Cu-MOF及其对相变储能木材的阻燃机制OA

为解决相变储能木材在建筑应用中的火灾隐患问题,针对金属有机框架(metal-organic frameworks,MOFs)在相变材料中难分散、易团聚、浸渍改性效果差等难题,提出一种基于相变介质的MOFs诱导合成策略,以聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)2000同时作为反应溶剂和相变单元,将MOFs的合成和分散过程合二为一,制备Cu-MOF/PEG。分别采用PEG2000和Cu-MOF/PEG浸渍轻木(Ochroma lagopus)木材,获得相变储能木材(PEG/DW)和阻燃相变储能木材(Cu-MOF/PEG/DW)。结果表明,Cu-MOF在PEG中成功合成,Cu-MOF/PEG的晶体结构、粒径和形貌与采用传统溶剂N,N-二甲基甲酰胺(N,N-Dimethylformamide,DMF)溶剂合成的Cu-MOF(DMF)一致;PEG2000和Cu-MOF/PEG均能有效填充木材孔隙,Cu元素在Cu-MOF/PEG/DW中分布均匀。由于Cu-MOF/PEG/DW的增重率比PEG/DW降低35.6%(P<0.05),Cu-MOF/PEG/DW的熔融和结晶热焓值降低至113.5 J/g和108.8 J/g,结晶和熔融的相变温度分别降低1.7℃和1.3℃,热焓值和相变温度变化较小,仍具备优异的相变储热能力;增重率降低也导致Cu-MOF/PEG/DW表面升温时间较PEG/DW减少了35 s。由于Cu元素及有机配体中含氮基团的协同阻燃抑烟作用,Cu-MOF/PEG/DW的极限氧指数较PEG/DW提升29.8%(P<0.05);在锥形量热仪600 s测试周期内,其热释放总量下降17%,烟释放总量降低91.7%,燃烧无滴落现象。研究克服MOFs与相变储能木材难以高效复合的技术瓶颈,为制备兼具良好储热性能和火灾安全性的绿色节能建材提供新途径。