《Polymer Degradation and Stability》：Combination of metal-polyphenol hybrid interfacial engineering and flocculation assembly strategy to boost the fire retardancy and smoke/toxicity suppression of polyurethane foam
编辑推荐：
该研究通过金属-多酚复合自组装与一步絮凝涂层策略，成功制备出具有优异阻燃、烟雾抑制及毒性降低性能的SEP@TAC涂层聚脲泡沫材料。纳米纤维通过Fe2?与单宁酸（TA）在蒙脱石纳米纤维表面自组装形成狼牙棒状复合结构，协同碳化、脱水及自由基淬灭作用，使材料热释放率降低69.9%，烟雾密度减少93.9%，同时保持较好的机械性能。研究为解决可燃材料烟雾毒性问题提供了新型功能复合阻燃材料设计思路。
张佳燕|赵海波|王志豪|刘 Bowen|曾芙蓉
中国安徽省合肥市安徽建筑大学建筑能效控制与评估工程研究中心，教育部
摘要
由于泡沫材料本身具有易燃性，且燃烧时会产生有毒烟雾和气体，开发一种均匀致密的防护涂层是提高其消防安全的有效方法。本文通过金属-多酚复合体自组装技术与一步法絮凝涂覆工艺的结合，制备出了一种具有优异阻燃性能、烟雾抑制效果、降低毒性和良好机械性能的柔性聚氨酯泡沫（FPUF）。多酚与铁在海泡石纳米纤维上有序组装形成类似狼牙棒的混合棒状结构，这些结构在基底上形成所需的絮凝层。SEP@TAC涂层通过自由基清除、气体稀释、催化转化和物理屏障作用协同作用，使热释放率降低了69.9%，烟雾密度降低了93.9%，同时保持了相当的机械韧性并增强了材料强度。这项研究解决了易燃材料中的烟雾毒性问题，为新型功能性阻燃复合材料的开发提供了思路。
引言
全球城市化进程推动了新型建筑和装饰材料的广泛应用，这些材料具有创新设计，提升了人们的生活质量和便利性[1,2]。然而，许多这类材料含有聚氨酯泡沫等易燃聚合物成分，它们在燃烧过程中会释放有毒气体和烟雾，对消防安全构成严重威胁，并对环境、经济和个人安全造成重大损失。因此，人们越来越重视对聚氨酯产品实施严格的阻燃法规。目前的研究主要集中在聚氨酯泡沫的阻燃性、烟雾抑制和毒性降低方面[[3], [4], [5]]。研究方法包括添加有机和无机阻燃剂[6]、对聚合物单体进行阻燃改性[7,8]，以及开发原位工艺[9,10]、层状组装[11,12]、等离子体技术[13]或溶胶-凝胶处理[14,15]等阻燃涂层。传统方法在同时实现最佳消防安全水平、发挥阻燃和烟雾抑制效果方面存在效率低下或损害材料原有性能的问题[16,17]。最近的研究表明，基于仿生设计的絮凝组装涂层技术可以在聚氨酯泡沫多孔结构表面形成通用的机械互锁网络，使用多种无机阻燃纳米颗粒[18]。这种涂层可定量且均匀地施加在材料表面，工艺简单且环保，有效解决了传统方法中流程复杂和损伤材料性能的问题。
另一方面，通过调控材料的热降解过程（如促进其早期碳化[19]、减少不完全燃烧产生的芳香烃[20]、在聚合物表面形成屏障以抑制挥发性物质的释放[21]），可以实现对软质聚氨酯泡沫的烟雾抑制和毒性降低。研究表明，铁化合物催化的低温燃烧过程可以抑制烟雾生成，而Friedel-Crafts反应可促进交联反应，从而消除燃烧链反应产生的H·和OH·自由基[22]。此外，多酚的柔性组装特性有利于金属元素的引入，金属-多酚配位复合体制成的纳米复合涂层在多种基底上表现出优异的涂覆性能和附着力[23,24]。利用无机纳米材料作为模板，通过金属-多酚纳米复合体的自组装，可以协同提升FPUF燃烧过程中的气相和凝聚相烟雾抑制及毒性降低效果。
本研究基于金属-多酚配位复合体的自组装，并以海泡石（SEP）作为载体进行自聚合，随后采用一步法絮凝涂覆工艺制备出均匀可控的有机-无机复合纳米纤维（SEP@TAC）。通过缓慢氧化SEP纳米纤维表面的Fe2+和单宁酸（TA）形成的复合物（TAC），结合TA的碳化、脱水和自由基捕获能力、含铁成分的阻燃及烟雾抑制效果，以及SEP纳米纤维提供的物理屏障作用，使涂层泡沫具备低烟雾、低毒性排放特性，满足消防安全要求。这种特殊的复合形态还有助于保持基体的良好机械韧性和抗变形性能。SEP@TAC涂层在制备兼具阻燃、烟雾抑制和韧性的聚合物泡沫方面具有广泛应用前景，为新型功能性阻燃复合材料的研发提供了灵感。
SEP@TAC纳米纤维的制备过程
通过TAC与SEP的配位组装制备SEP@TAC纳米纤维
首先，利用超声处理制备出均匀稳定的SEP悬浮液。随后在持续搅拌条件下依次加入TA和Fe2+溶液，室温下继续搅拌48小时进行缓慢氧化，调整体系pH至7后过滤去除过量反应物，最终获得产率为91%的紫色产物SEP@TAC。
SEP@TAC复合纳米纤维的制备与结构分析
通过多种相互作用机制，实现了理想的防火材料特性：均匀混合、功能单元的协同整合以及便捷的制备过程。本研究采用无机纳米纤维作为模板，设计了金属-多酚纳米网络配位组装技术，制备出兼具阻燃、增韧和涂层稳定性的有机-无机复合纳米纤维（SEP@TAC）。选择单宁（TA）和铁离子（Fe3+作为关键成分
结论
总体而言，我们采用金属-多酚纳米网络配位组装和一步法絮凝涂覆技术，以SEP为模板制备了兼具协同阻燃、烟雾抑制和毒性降低功能的有机-无机复合纳米纤维（SEP@TAC）。通过结构和化学设计，将纳米颗粒固定在SEP纤维表面，形成类似尖刺棒的复合纳米纤维。SEP、TA和铁离子的协同作用显著提升了材料的防火性能。
作者贡献声明
张佳燕：撰写初稿、项目管理、方法设计、数据整理、概念构思。赵海波：项目监督、资源协调、方法指导。王志豪：实验研究、概念构思。刘 Bowen：实验研究、概念构思。曾芙蓉：撰写修改、项目监督、资源协调、方法设计、概念构思。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的财务利益冲突或个人关系。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号22175123和52303061）、教育部建筑能效控制与评估工程研究中心开放项目（AHJZNX-2024–08）、中国博士后科学基金会博士后资助项目（GZC20231760）、中国博士后科学基金会资助项目（2023M742445）以及自然科学类博士后专项项目（2025QDHZ10）的支持。
