相比于普遍使用的添加型阻燃劑和反應(yīng)型阻燃劑等阻燃手段，防火涂層因其在不改變材料本身性能的前提下，為多種基材提供防火保護(hù)的能力，成為一種經(jīng)濟(jì)高效且更具通用性的阻燃方案。然而，由于缺乏合理的設(shè)計策略，開發(fā)出兼具高效阻燃性、強(qiáng)附著力和自修復(fù)功能的水性聚合物防火涂層依然面臨巨大挑戰(zhàn)。在自然界中，貽貝通過其豐富的兒茶酚基團(tuán)形成多種動態(tài)物理相互作用，并能夠自交聯(lián)生成不易燃的炭渣，從而表現(xiàn)出獨特的強(qiáng)粘附性、自修復(fù)性和優(yōu)異的炭化性能。這種特性為開發(fā)具有自愈合功能和強(qiáng)粘附力的高性能阻燃涂層材料提供了重要的啟發(fā)。
圖1. 以貽貝為靈感的防火涂料設(shè)計，通過基團(tuán)協(xié)同作用實現(xiàn)
圖2. 水觸發(fā)的自修復(fù)行為
圖4. EPS@PVHD7泡沫點火后自熄滅
EPS廣泛用于建筑隔熱領(lǐng)域，但表現(xiàn)出極度易燃的缺點，在此我們選擇其作為驗證PVHDx防火能力的基體材料。基于已有的黏附理論，即高粘附強(qiáng)度歸因于高內(nèi)聚能密度(CED)和界面粘附能(IAE)，通過分子動力學(xué)模擬計算解釋了PVHDx具有比作為對照的二元共聚物更強(qiáng)的黏附力，這也與單塔接拉伸剪切實驗結(jié)果相吻合。PVHDx對EPS的強(qiáng)附著力主要是由于其苯環(huán)與鄰苯二酚基團(tuán)之間的相互作用。因此，證明了PVHDx在EPS表面的適用性，且三種單體在提高PVHDx涂層的CED和粘接能力方面也具有協(xié)同作用(圖3)。
圖5.涂覆EPS泡沫的阻燃性能。
圖6. PVHD7涂層提供一般的防火保護(hù)。
PVHD7涂層對多種基材的防火保護(hù)。PVHD7處理后各類聚合物泡沫、木材和織物都更難被引燃，且表現(xiàn)出更低的熱釋放，更高的殘?zhí)柯省４送猓?/span>PVHD7同樣適用于不可燃基體，涂層處理能夠顯著減緩鋼材在持續(xù)灼燒過程中的升溫速率(圖6)。該阻燃涂層策略在不同基材上表現(xiàn)出很高的適用性，有望未來在建筑領(lǐng)域的廣泛運用。
以上研究成果近期以“Mussel-Inspired, Self-Healing, Highly Effective Fully Polymeric Fire-Retardant Coatings Enabled by Group Synergy”為題，發(fā)表在《Advanced Materials》上。同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生馬哲文為文章第一作者，同濟(jì)大學(xué)鄭威研究員和澳大利亞南昆士蘭大學(xué)宋平安教授為論文的共同通訊作者。該研究工作得到了項目得到了國家自然科學(xué)基金、上海市浦江人才計劃、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項和澳大利亞研究理事會的支持。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202410453
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