基于腰果酚衍生物的磷氮协同UV固化阻燃涂层：实现聚碳酸酯高透明与抗划伤的多功能防护

针对聚碳酸酯(PC)易燃易划伤的问题，中国科学院团队创新性地将腰果酚衍生物磷系单体(TCAP)与三聚氰胺丙烯酸酯(MAA)通过UV固化技术构建生物基膨胀型阻燃涂层。研究证实M2P8涂层(TCAP:MAA=8:2)兼具14.81 MPa拉伸强度、1.61 MPa剪切强度及87%透光率，使PC基材的铅笔硬度从2B提升至2H，峰值热释放率降低20.9%。该工作为建筑用透明聚合物材料的安全应用提供了新策略。

　　

聚碳酸酯(PC)作为"透明金属"广泛应用于建筑幕墙和电子设备领域，但其易燃性和表面易划伤的特性成为安全隐患。传统卤系阻燃剂存在环境毒性，而纳米复合技术又面临成本高、透明度下降等问题。如何在保持材料光学性能的前提下实现阻燃-抗划伤协同提升，成为制约PC高端应用的关键瓶颈。

中国科学院团队创新性地从可再生资源腰果壳液中提取腰果酚(Cardanol)，通过三步反应合成含磷丙烯酸酯单体TCAP，并与商业化的三聚氰胺丙烯酸酯(MAA)按不同比例(7:3至10:0)配制成UV固化涂料。研究采用核磁共振(¹H/³¹P NMR)和红外光谱(FTIR)确证了TCAP的分子结构，通过热重分析(TGA)和差示扫描量热(DSC)评估涂层热稳定性，结合锥形量热(CC)和微型燃烧量热(MCC)测试阻燃性能，并采用X射线光电子能谱(XPS)和热重-红外联用(TG-IR)揭示了阻燃机制。

在涂层性能方面，M2P8展现出最佳综合性能：其玻璃化转变温度(T_g)为-10.2°C，交联密度达3500 mol/m³，对PC基体的剪切强度比纯PC提高3倍。当涂层添加量为6 wt%时，PC-M2P8的透光率保持在87%以上，铅笔硬度从2B提升至2H。锥形量热测试显示，其峰值热释放率(PHRR)降低至407.3 kW/m²，残炭率提升至17.5%，火焰增长指数(FGI)从8.6降至2.4 kW/(m²·s)。

通过SEM观察到M2P8燃烧后形成"致密表层-多孔内层"的特殊炭层结构，拉曼光谱证实其石墨化程度(I_D/I_G=2.61)优于其他配比。XPS分析显示残炭中含磷组分以P-C/P-O(134.1 eV)形式存在，而TG-IR检测到NH₃和PO·自由基的释放，证实了磷-氮的气相-凝聚相协同阻燃机制：TCAP促进致密炭层形成，MAA分解产生不燃气体稀释氧气，同时磷自由基捕获燃烧链式反应的活性自由基。

该研究成功开发出集高透明、强附着、抗划伤和高效阻燃于一体的生物基涂层体系，其UV固化工艺(10分钟)显著优于传统热固化技术。特别值得注意的是，通过精确调控TCAP与MAA的比例(8:2)，在保持涂层机械性能的前提下优化了阻燃效率，这为其他透明聚合物的表面功能化提供了新思路。论文发表于《Industrial Crops and Products》，研究成果对推动建筑用PC材料的防火安全标准升级具有重要意义，其生物基原料选择也响应了可持续发展需求。未来研究可进一步探索不同环境湿度下涂层的耐久性，以及工业化连续生产的工艺参数优化。