【文章概述】

据报道，世界上超过10%的能源消耗来自建筑的供暖和制冷，因此提高其能源效率对创建可持续节能社会至关重要。使用保温材料是建造节能建筑的一种有效手段。现有的商用聚合物泡沫，如硬质聚氨酯泡沫(RPF)和可膨胀聚苯乙烯(EPS)，由于价格低廉、导热系数低和相对较高的抗压强度，对建筑隔热极具吸引力。但大的表面积和有机成分高使得泡沫本质上易燃，一旦点燃就会迅速燃烧，释放大量的热量和有毒烟雾，危害人体健康。因此，在不显著影响其隔热性能的情况下，开发防火的聚合物泡沫是非常必要的。

【成果简介】

澳大利亚南昆士兰大学宋平安副教授与中科大余彬研究员受自然界中蜗牛和树蛙通过界面氢键和机械联锁对各种表面表现出很强的粘附性机理的启发，开发了一种具有高粘合性的水性阻燃纳米结构的聚合物涂层，解决了许多易燃基材固有的可燃性缺陷。该材料符合 奇材馆理念，后续开发值得期待！

【图文导图】

图1阻燃涂料的仿生设计及其在聚氨酯泡沫中的应用。

（a-b） 仿生阻燃聚（VS-co-HEA）涂料的合成和聚（VS50-co-HEA）的典型相分离微/纳米结构。

（c） 阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料制备工艺示意图。

（d） PU硬泡的拉伸剪切粘结强度测试示意图。

（e）聚（VS-co-HEA）涂料粘合PU硬泡在剪切测试后的数码照片，在测试期间，PU硬泡自身率先发生破裂。

（f）与一些商用胶粘剂相比，聚（VS-co-HEA）涂层对不同基材的剪切粘结强度。

（g-i） PU硬泡易燃性检测装置示意图。样品在酒精灯上方引燃15分钟后，由IR摄像机记录（h）未处理的PU和（i）FRPU-60/40-6000μm的上表面温度（TST）。

（j） PU和FRPU的表面温度随燃烧时间变化曲线

图2（a-c）热辐射功率为35 kW/m2时的（a）热释放速率、（b）总烟释放和（c）质量损失曲线。

（d）PU和FRPU 的火灾性能指数（FPI）。

（e）PU和FRPU的LOI和UL-94等级。样品表面涂层厚度皆为600 μm。

（f）设计的FRPU与先前报道的阻燃PU泡沫材料的性能对比图。

图3（a-b）锥形量热测试后PU和FRPU-60/40残炭的SEM图像以及元素组成。

（c-d）残炭的IR光谱和XRD图谱。

（e-f）PU和FRPU的燃烧过程随燃烧时间变化示意图。

图4（a）泡沫隔热性能评估装置设计。

（b-c）PU和FRPU的表面温度-时间曲线和硬泡样品在80°C热台上放置30 min后侧面温度的红外热成像图。

（d）PU硬泡、聚(VS60-co-HEA40)涂层以及不同厚度涂层的FRPU-60/40硬泡在20℃时的导热系数。

（e）PU硬泡和涂层含有5 wt% HGM的FRPU-60/40硬泡的导热系数以及导热系数随测试温度变化规律。

（f）含HGM的FRPU的导热性示意图。

【奇材馆点评】

       本研究受蜗牛和树蛙分别通过界面氢键和机械联锁对各种表面表现出很强的粘附性的机理启发，通过羟乙基丙烯酸酯(HEA)和乙烯基磺酸钠(VS)的自由基共聚，合理设计出相分离微/纳米结构的阻燃聚合物涂料。所合成的水性聚(VSco- HEA)共聚物对硬质聚氨酯(PU)泡沫和其他基材表现出较强的界面附着力，其界面附着力优于目前大多数胶粘剂。同时具有超疏水特性，保温效果良好，这项工作提供了一种简单的仿生策略，高级胶粘剂阻燃聚合物涂层解决许多易燃基材遇到的诸多问题。

【论文信息】

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