基于植酸复合自组装涂层的聚苯乙烯阻燃抑烟性能优化研究

针对聚苯乙烯(EPS)保温材料易燃、发烟量大的安全隐患，研究人员通过植酸(PA)改性蔗糖与茶多酚(TP)接枝构建TPSA复合溶剂，并在EPS表面涂覆水凝胶粉末(HG)，开发出兼具阻燃(V-0级)和抑烟特性的新型复合材料。该材料极限氧指数(LOI)提升至37.52%，总热释放(THR)和总烟释放(TSP)分别降低29.3%和72.2%，分子动力学模拟揭示了其通过致密炭层阻隔热氧传递的微观机制，为建筑保温材料防火安全提供绿色解决方案。

　　

聚苯乙烯泡沫(EPS)作为建筑保温材料占据53%市场份额，但其极限氧指数(LOI)仅18%，燃烧时释放大量苯类有毒气体且无法形成保护性炭层，导致火灾中60%以上死亡源于烟雾吸入。传统溴系阻燃剂虽能提升LOI至28%-32%，但存在生态风险。如何开发高效环保的阻燃抑烟体系成为研究焦点。

中国某研究团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表研究，创新性地采用植酸(PA，含28wt%磷)作为酸源催化成炭，茶多酚(TP)替代季戊四醇作为炭源，通过分子自组装技术构建TPSA复合溶剂，结合水凝胶粉末(HG)预涂形成双重防护系统。关键技术包括：X射线光电子能谱(XPS)表征磷酸酯结构，锥形量热仪测试燃烧性能，ReaxFF分子动力学模拟热解过程。

【结构表征】XPS证实TPSA成功形成C-O-P键(531.7eV)和磷酸酯(133.6eV)，为后续阻燃提供结构基础。

【阻燃性能】TPSA16/HG复合材料LOI达37.52%，远超纯EPS(19%)，UL-94达到V-0级；锥形量热测试显示THR和TSP分别降低29.3%和72.2%，归因于燃烧时形成的致密炭层有效阻隔氧气/热量传递。

【抑烟机制】ReaxFF模拟显示阻燃体系抑制EPS热解，促进稠环炭层形成。水凝胶遇热凝胶化可物理封闭炭化孔洞，与化学阻燃协同作用。

该研究通过"酸源-炭源-气源"协同体系创新，首次将植物衍生成分(PA/TP)与自组装技术结合应用于EPS改性。分子动力学模拟从原子尺度阐释了阻燃抑烟机制，为绿色防火材料设计提供新范式。所得复合材料在保持EPS保温性能前提下，显著降低火灾毒性风险，对推动建筑行业可持续发展具有重要意义。