基于Diels-Alder反应的可回收阻燃交联纳米纤维的制备与性能研究

研究人员针对阻燃塑料回收难题，创新性地利用Diels-Alder（DA）反应的可逆特性，将含呋喃的生物基聚氨酯与含马来酰亚胺的阻燃剂（HMCP）共混电纺，制备了可交联纳米纤维膜（DA-PB-HMCP）。该材料兼具优异阻燃性（热释放速率峰值降低77%）、机械强度和溶剂耐受性，并通过逆DA反应（r-DA）实现了阻燃剂的高效回收与再利用，为可持续阻燃材料开发提供了新策略。

　　

在塑料制品广泛应用的今天，阻燃性能与可回收性如同鱼与熊掌难以兼得。传统卤系阻燃剂虽效果显著却危害环境，而无卤阻燃剂又面临与基体相容性差、回收时难以分离的困境。更棘手的是，新兴的纳米纤维材料因超高比表面积更易燃烧，但现有阻燃技术往往以牺牲机械性能为代价。巴斯克大学（University of the Basque Country，UPV/EHU）的研究团队独辟蹊径，从自然界中获取灵感——他们发现呋喃与马来酰亚胺的Diels-Alder反应（DA反应）就像分子级别的"魔术贴"，既能牢固结合又可高温拆解。这项发表于《European Polymer Journal》的研究，开创性地将这种可逆化学应用于阻燃纳米纤维领域。

研究团队采用静电纺丝技术制备含呋喃的生物基聚氨酯（PB）与六(4-马来酰亚胺苯氧基)环三磷腈（HMCP）复合纳米纤维，通过DA反应在水相中65℃温和交联。结合傅里叶变换红外光谱（FTIR）、微型燃烧量热仪（MCC）和力学测试等手段，系统评估了材料的性能。

材料表征

FTIR谱图中1500 cm^-1和1396 cm^-1特征峰证实HMCP成功接入，差示扫描量热（DSC）显示交联后玻璃化转变温度提升20℃，证明网络结构形成。

阻燃性能

MCC测试显示DA-PB-HMCP的热释放容量（HRC）降至180 J g^-1K^-1，仅为纯PB的40%。磷氮协同效应促使残炭率增至35%，燃烧时形成致密炭层隔绝氧气。

机械性能

交联使纳米纤维膜拉伸强度提升3倍达12 MPa，断裂伸长率保持150%以上，溶剂浸泡7天后仍保留90%强度，远超未交联样品。

回收验证

在120℃触发逆DA反应（r-DA）解离交联网络，HMCP回收率达92%。用回收阻燃剂制备的r-DA-PB-HMCP性能与原始材料偏差小于5%，实现闭环利用。

这项研究突破了阻燃材料"一次性使用"的传统模式，通过可逆共价键设计同时解决阻燃效率、机械强度和回收难题。特别值得注意的是，水相温和交联工艺避免了有机溶剂使用，而生物基聚氨酯与磷腈阻燃剂的组合更符合绿色化学原则。该策略为电子设备阻燃隔膜、建筑防护材料等领域的可持续发展提供了全新思路，未来或可拓展至其他可逆化学反应体系。