基于π-π堆叠的无磷无金属阻燃策略制备高抗压及油水分离性能的柔性聚氨酯海绵

针对柔性聚氨酯(FPU)海绵易燃、机械稳定性差及传统阻燃剂污染环境等问题，研究人员通过π-π堆叠自组装树枝状分子并接枝聚二甲基硅氧烷(PDMS)，开发出新型PU@BTC-Abz@Si复合材料。该材料总热释放量(THR)降低55.4%，兼具优异阻燃性(无磷/金属)、环境友好性和油水分离性能，为环境工程和防火安全提供了创新解决方案。

　　

在环境治理和工业安全领域，柔性聚氨酯(FPU)海绵因其多孔结构和吸附性能被广泛应用于油污处理，但其高度易燃的特性却成为"双刃剑"——传统含磷/金属阻燃剂虽能提升防火性能，却可能造成水体二次污染。更棘手的是，反复压缩会导致海绵结构坍塌，严重影响使用寿命。这些矛盾如同"既要马儿跑，又要马儿不吃草"，成为制约FPU海绵在苛刻环境中应用的瓶颈。

山东某高校的研究团队在《Polymer Degradation and Stability》发表创新成果，他们巧妙利用1,3,5-苯三甲酸(BTC)与2-氨基苯并咪唑(Abz)的π-π堆叠作用，通过分子自组装在FPU表面构建微纳米结构，再嫁接聚二甲基硅氧烷(PDMS)，成功研制出无磷无金属的PU@BTC-Abz@Si复合材料。研究采用扫描电镜(SEM)观察形貌、锥形量热仪测试阻燃性能、万能试验机评估力学特性等技术手段，系统验证了材料的综合性能。

【材料表征】SEM显示原始FPU骨架表面光滑，改性后形成连续薄膜结构，EDS证实硅元素均匀分布。X射线光电子能谱(XPS)检测到Si-O-C键的形成，证实PDMS成功接枝。

【阻燃性能】锥形量热测试显示，相比纯FPU，复合材料总热释放量(THR)降低55.4%，总烟雾产量(TSP)减少51.9%，一氧化碳产量(TCOP)下降64.9%。热重分析(TGA)表明800℃时残炭量提高2.3倍，证明π-π堆叠促进致密炭层形成。

【机械性能】经500次压缩循环后，PU@BTC-Abz@Si仍保持92.7%的原始高度，而普通FPU仅剩68.3%。PDMS的引入使复合材料压缩模量提升4.8倍。

【油水分离】改性海绵对多种油品吸附容量达25-45g/g，且可通过挤压重复使用10次后效率不衰减。表面疏水角达152°，实现高效油水选择性分离。

该研究突破性地将分子自组装技术与硅基改性相结合，开创了环境友好型阻燃新范式。特别值得注意的是，π-π堆叠产生的"分子Velcro"效应不仅增强热稳定性，还与PDMS形成协同阻燃网络，这种"双保险"设计解决了传统阻燃剂"顾此失彼"的难题。研究成果为开发新一代智能吸附材料提供了理论依据，在化工安全、海洋溢油处理等领域具有广阔应用前景。正如研究者Gaoyuan Li等强调的，这种"绿色化学"策略实现了性能与环保的完美平衡，为高分子材料可持续发展树立了新标杆。