基于腰果酚/三嗪多元醇与DOPO衍生物协同构建的高效阻燃隔热生物基硬质聚氨酯泡沫

《Polymer Degradation and Stability》：Cardanol/triazine-based polyol and DOPO derivative for thermally insulating and flame retardancy rigid polyurethane foam composites

本文报道了一种基于生物质腰果酚/三嗪多元醇（C/N）与反应型DOPO衍生物（DOPOP）协同改性的硬质聚氨酯泡沫（RPUF）。该复合材料通过分子设计实现了阻燃（UL-94 V-0级，LOI达26.5%）、隔热（导热系数0.051 W/(m·K)）与力学性能（抗压强度0.127 MPa）的显著提升，为开发高性能生物基高分子材料提供了绿色策略。

　　

亮点

新型生物基腰果酚/三嗪多元醇（C/N）通过腰果酚、三聚氰胺与多聚甲醛共缩合成功合成，并经由FT-IR和¹H NMR确证结构。以其为基体，在–NCO/–OH比例为1.1条件下通过一锅法制备了腰果酚/三嗪基硬质聚氨酯泡沫（C/N-RPUF）。为提升防火安全性，进一步引入1%、3%和5%重量分数的反应型DOPO衍生多元醇（DOPOP）构建复合材料。FTIR和SEM-EDS分析表明DOPOP成功嵌入泡沫网络。令人振奋的是，含5% DOPOP的C/N-RPUF表现出卓越的阻燃性能：不仅通过UL-94 V-0级认证，极限氧指数（LOI）高达26.5%，且热释放速率峰值（PHRR）和CO释放量分别大幅降低39.6%和64.2%！此外，该复合材料导热系数低至0.051 W/(m·K)，优于传统RPUF，而抗压强度从0.081 MPa提升至0.127 MPa，归因于DOPOP引入带来的额外交联作用。

结论

本研究通过将DOPO衍生多元醇（DOPOP）整合至生物基腰果酚/三嗪硬质聚氨酯泡沫（C/N-RPUF），同步实现了隔热性增强、抗压强度提升和阻燃性能优化。FTIR与SEM-EDS分析明确了复合材料的结构特征。随着DOPOP添加量从1%增至5%，泡沫的压缩强度呈现梯度上升（0.081→0.127 MPa），且5%添加样品的导热系数仅为0.051 W/(m·K)，彰显其优异的保温潜力。阻燃测试中，5% DOPOP样品更达成UL-94 V-0等级和26.5%的LOI值，同时显著抑制燃烧过程中的热释放与有毒气体生成。综上，该工作为开发集阻燃、力学强度与隔热性能于一身的高性能生物基RPUF提供了一条绿色高效的技术路径。