通过UV固化技术为聚氨酯硬质泡沫制备的含有动态二硫化物键的阻燃自修复涂层

《Polymer Degradation and Stability》：Flame Retardant and Self-Healing Coating containing Dynamic Disulfide Bonds for Polyurethane Rigid Foams via UV-Curing Technology

本研究成功合成磷酸酯类预聚物HSP，并基于自由基聚合构建交联阻燃涂层。实验表明，HSP-2/RPUF涂层在垂直燃烧测试中达到V-0等级，LOI值从19.0%提升至26.8%。机理分析显示，涂层阻燃效果源于致密碳层物理阻隔与磷自由基化学抑制的协同作用，同时高交联网络赋予材料优异防水性和机械性能，其中硫醚键的引入还赋予涂层自愈与可回收特性。该成果为开发多功能阻燃涂层提供了新思路，在易燃基材防火保护领域具有广泛应用前景。

　　本研究由多名科学家共同完成，涉及聚氨酯硬质泡沫（RPUF）的阻燃改性。RPUF作为一种常见的建筑保温材料，因其高孔隙率、低热导率、低密度和易于加工等优点，在建筑、交通运输、电子电气等多个领域得到广泛应用。然而，RPUF的高可燃性限制了其在防火领域的应用。该材料在燃烧过程中不仅会产生大量烟雾和有毒气体，而且其极限氧指数（LOI）仅为19%，在垂直燃烧测试中未达到UL-94标准。因此，对RPUF进行有效的阻燃处理成为当前研究的重点。

为了实现RPUF的阻燃性能提升，研究者通常采用三种方法：反应型阻燃剂、添加型阻燃剂和阻燃涂层。其中，反应型阻燃剂通过化学键合的方式将阻燃基团引入到RPUF的分子链中，使其成为材料的一部分。这种方法能够提供稳定且持久的阻燃效果，但存在合成复杂、成本高昂以及阻燃基团可能干扰发泡反应等问题。而添加型阻燃剂则通过物理混合的方式分散在聚合物基质中，不参与化学反应。虽然这种方法较为简便，但过量添加会导致材料结构受损，影响其机械性能、热导率、孔隙率和压缩强度等。

与传统方法相比，表面涂层技术在保持RPUF材料结构完整性的同时，提供了更精准的保护。通过在材料表面构建阻燃屏障，这种技术能够有效提升材料的阻燃性能，同时减少对材料物理性质的干扰。研究者常采用自由基聚合技术来构建高附着力的涂层，其中含有C=C双键的单体被广泛使用。然而，现有的阻燃涂层研究仍存在一些局限，例如对涂层与基材之间的弱附着力、涂层耐久性不足以及多功能性开发不够等问题。

本研究旨在开发一种新型多功能阻燃涂层系统，以提高RPUF的阻燃性能和机械性能。研究人员成功合成了一种含磷的HEMA-HEDS-PPDC（HSP）预聚物，并通过紫外固化自由基聚合技术在RPUF表面构建了交联的阻燃涂层。实验结果显示，HSP涂层显著提升了RPUF的阻燃性能。其中，HSP-2/RPUF在垂直燃烧测试中达到了V-0等级，极限氧指数从纯RPUF的19.0%提高到26.8%。这表明HSP涂层在阻燃方面具有优异的表现。

从机制研究来看，HSP涂层的阻燃效果主要依赖于两种协同作用：一是致密碳层的物理屏障效应，二是含磷自由基的化学抑制效应。含磷的自由基能够在燃烧过程中抑制火焰的传播，从而降低燃烧速度。此外，HSP涂层的高交联网络结构也赋予了材料良好的水性和机械性能。值得注意的是，引入的二硫键不仅增强了涂层的自修复能力，还提高了其可回收性。这种特性使得HSP涂层在实际应用中具有更大的优势。

研究团队还对HSP涂层的机械性能进行了系统评估，包括剪切、拉伸和压缩测试。实验结果显示，HSP系列涂层（HSP-1、HSP-2、HSP-3）在RPUF表面具有较高的附着力。其中，HSP涂层的剪切强度可达520kPa，表明其在实际应用中具有良好的粘附性能。此外，HSP涂层的耐久性也得到了验证，表明其在长时间使用后仍能保持稳定的阻燃性能。

本研究不仅拓展了传统阻燃技术的应用范围，还为开发高性能的阻燃涂层提供了新的思路。通过引入多功能的阻燃基团，HSP涂层能够在提升阻燃性能的同时，保持材料的机械性能和结构完整性。这种技术的创新点在于，它不仅解决了传统方法中阻燃剂与基材之间附着力不足的问题，还通过交联网络结构的优化，提升了涂层的耐久性和多功能性。

研究团队还对HSP涂层的制备工艺进行了优化，使其在实际应用中具有更高的可行性。通过合理选择单体和交联剂，研究人员成功构建了具有优异阻燃性能的HSP涂层。这种涂层的制备方法不仅简化了工艺流程，还降低了生产成本，使其更易于大规模应用。此外，HSP涂层的自修复和可回收性特性，也使其在环保和可持续发展方面具有重要意义。

本研究的成果表明，通过开发多功能的阻燃涂层，可以有效提升RPUF的阻燃性能，同时保持其机械性能和结构完整性。这种技术的创新点在于，它不仅解决了传统方法中阻燃剂与基材之间附着力不足的问题，还通过交联网络结构的优化，提升了涂层的耐久性和多功能性。此外，HSP涂层的自修复和可回收性特性，也使其在环保和可持续发展方面具有重要意义。

从应用角度来看，HSP涂层不仅适用于建筑保温材料，还可以广泛应用于交通运输、电子电气等多个领域。其优异的阻燃性能和机械性能，使其在实际应用中具有更高的可靠性。同时，HSP涂层的水性和耐久性，也使其在潮湿或恶劣环境中具有更好的表现。这种技术的推广，将有助于提高建筑和工业材料的安全性，减少火灾带来的危害。

本研究的成果为开发高性能的阻燃涂层提供了重要的理论依据和技术支持。通过合理选择单体和交联剂，研究人员成功构建了具有优异阻燃性能的HSP涂层。这种涂层的制备方法不仅简化了工艺流程，还降低了生产成本，使其更易于大规模应用。此外，HSP涂层的自修复和可回收性特性，也使其在环保和可持续发展方面具有重要意义。

研究团队还对HSP涂层的制备过程进行了详细分析，发现其在提升阻燃性能的同时，不会显著影响材料的物理性质。这种技术的优势在于，它能够提供稳定的阻燃效果，同时保持材料的结构完整性和机械性能。通过引入二硫键，研究人员成功赋予HSP涂层一定的自修复能力，使其在受到损伤后能够自行修复，延长使用寿命。此外，HSP涂层的可回收性也使其在资源循环利用方面具有更大的潜力。

从实际应用的角度来看，HSP涂层的开发为建筑和工业材料的安全性提供了新的解决方案。其优异的阻燃性能和机械性能，使其在多种应用场景中具有更高的适用性。同时，HSP涂层的水性和耐久性，也使其在潮湿或恶劣环境中具有更好的表现。这种技术的推广，将有助于提高建筑和工业材料的安全性，减少火灾带来的危害。

本研究的成果不仅在理论层面具有重要意义，而且在实际应用中也具有广泛的前景。通过开发多功能的阻燃涂层，可以有效提升RPUF的阻燃性能，同时保持其机械性能和结构完整性。这种技术的创新点在于，它不仅解决了传统方法中阻燃剂与基材之间附着力不足的问题，还通过交联网络结构的优化，提升了涂层的耐久性和多功能性。此外，HSP涂层的自修复和可回收性特性，也使其在环保和可持续发展方面具有重要意义。

从未来发展方向来看，HSP涂层的开发为阻燃材料的研究提供了新的思路。通过合理选择单体和交联剂，研究人员可以进一步优化涂层的性能，使其在多种应用场景中具有更高的适用性。同时，HSP涂层的自修复和可回收性特性，也使其在资源循环利用方面具有更大的潜力。这种技术的推广，将有助于提高建筑和工业材料的安全性，减少火灾带来的危害。

综上所述，本研究通过开发一种新型多功能阻燃涂层系统，成功提升了RPUF的阻燃性能和机械性能。HSP涂层的优异表现不仅体现在其阻燃效果上，还体现在其水性和耐久性等方面。这种技术的创新点在于，它不仅解决了传统方法中阻燃剂与基材之间附着力不足的问题，还通过交联网络结构的优化，提升了涂层的耐久性和多功能性。此外，HSP涂层的自修复和可回收性特性，也使其在环保和可持续发展方面具有重要意义。本研究的成果为阻燃材料的进一步研究提供了重要的理论依据和技术支持，具有广泛的应用前景。