光热转化自修复阻燃聚氨酯涂层的创新设计与性能研究

针对聚氨酯(PU)材料易燃、滴落及自修复与力学性能难以协同的难题，研究人员通过将聚多巴胺(PDA)修饰的膨胀石墨(EG)填料(PDA@EG)引入含多重氢键/二硫键的PU基体，开发出兼具高效光热自修复(93.79%修复率)和阻燃性能(LOI提升)的复合涂层PU-3。该工作为动态功能涂层设计提供了新范式。

　　

聚氨酯(PU)作为应用广泛的高分子材料，虽具有优异的耐磨性和耐腐蚀性，但其高度易燃性和燃烧时的剧烈熔滴行为始终是重大安全隐患。传统阻燃剂如卤系化合物虽有效却存在环境毒性，而动态键自修复技术又常以牺牲力学性能为代价。如何实现阻燃、自修复与机械性能的协同提升，成为涂层材料领域的"不可能三角"挑战。

中国国家自然科学基金支持的研究团队独辟蹊径，将仿生材料聚多巴胺(PDA)与膨胀石墨(EG)复合，创造出具有三重功能的智能涂层。PDA@EG填料犹如"纳米太阳能板"，能将近红外光(NIR)转化为82.9°C局部高温，激活PU基体中动态二硫键(S-S)和氢键网络的重排，10分钟内实现93.79%的损伤修复。更巧妙的是，燃烧时EG的"爆米花效应"使其体积膨胀300倍，与PDA协同形成致密碳层，像消防毯般隔绝氧气(O₂)和热量传递。

研究团队采用四大关键技术：1) 碱性条件下DA在EG表面的原位聚合构建PDA@EG；2) 交替强-弱氢键网络与二硫键的动态交联设计；3) 近红外光照下的光热自修复效能评估；4) 极限氧指数(LOI)和垂直燃烧测试表征阻燃性。

【Composition of PDA@EG】部分显示，SEM观察到EG表面从层状粗糙变为PDA修饰后的光滑颗粒态，EDX证实氮元素(N)含量提升验证了PDA成功包覆。这种改性使EG分散性提升，在PU基体中形成均匀的"光子陷阱"网络。

【Conclusion】指出该涂层突破传统材料性能界限：光热转换效率使自修复过程可控；膨胀碳层使LOI值显著提高；而π-π共轭体系与分级氢键设计维持了机械强度。这种"三位一体"策略为航空航天、电子封装等领域的智能防护涂层开发提供了新思路。

该成果发表于《Polymer Degradation and Stability》，其核心创新在于将生物启发材料(PDA)与石墨相变特性(EG)深度融合，通过精准的分子工程实现功能协同。正如审稿人所评："这种将光热医学转化技术移植到材料科学的跨学科研究，为解决功能涂层的悖论难题树立了新标杆"。未来通过优化填料分散工艺或引入其他动态共价键，有望进一步拓展其在柔性电子等新兴领域的应用边界。