热塑性弹性体（TPS）由刚性苯乙烯相和柔性聚烯烃相组成，结合了橡胶的高弹性和热塑性塑料的加工性能。这种独特的微相分离结构赋予TPS优异的机械性能、化学耐受性和可再加工性，使其广泛应用于可再生能源技术、先进电子、航空航天工程等领域[[1], [2], [3], [4], [5]]。然而，TPS的分子链富含烃类结构，需要添加大量的芳香族、环烷族或石蜡油来提高其塑性。与传统聚烯烃材料相比，TPS的结构使其更易燃烧，燃烧过程中会产生大量熔融滴珠、浓烟和有毒气体[6]。因此，实现TPS的消防安全对其实际应用至关重要[7,8]。
目前，常用的无卤阻燃TPS阻燃方法包括无机阻燃剂、氮系阻燃剂、磷系阻燃剂和膨胀型阻燃剂[[9], [10], [11], [12], [13]]。与无机和磷系阻燃剂相比，膨胀型阻燃剂（IFR）通过多种协同效应在TPS中表现出优异的阻燃和抑烟效果。研究表明不同阻燃系统对TPS的有效性[14,15]。近年来，各种IFR系统在TPS应用中的有效性得到了充分验证。例如，Zhu等人[16]通过添加38 wt.%哌嗪焦磷酸盐（PPAP）使原本未达到UL-94 V-0等级的纯TPS获得了UL-94 V-0等级，并将LOI从18.3%提高到29.5%。Wilke等人[17]将可膨胀石墨（EG）和磷酸铵（APP）同时加入TPS中，发现含有50 wt.% EG/APP（3.2 mm）的样品达到了UL-94 V-0等级，LOI值增加到28.6%。尽管上述IFR系统显著提高了阻燃性能，但其引入导致机械性能明显下降，拉伸强度和断裂伸长率相比纯TPS降低了40%以上。传统的IFR由碳源、酸源和气源组成，通过物理混合制备[[18], [19], [20], [21]]。然而，由于传统三组分IFR系统的强极性，其在TPS基体中的分散性有限，需要较高的添加剂用量，从而导致TPS的机械性能显著下降。此外，传统三组分系统的高极性导致IFR在TPS基体中的分散性差，增加了IFR的添加量并显著降低了TPS基体的机械性能[22,23]。
随着新能源和高端电子设备领域对弹性体安全性和轻量化的需求增加，开发高性能阻燃TPS基体已成为一项重要的科学和工程挑战。为了提高IFR与基体之间的相容性，通常采用对酸源APP进行表面改性。Liu等人的研究[24]表明，用硅烷偶联剂和硅树脂改性磷酸铵可以制备出阻燃性能显著提高的聚丙烯复合材料，LOI达到29.8%，UL-94 V-0等级。同样，Yan等人[25]发现用三聚氰胺-甲醛树脂微胶囊化硅烷处理的APP也能制备出UL-94 V-0等级、LOI为30%的复合材料，并具有更好的防水性能。然而，这两种方法都依赖于较高的阻燃剂用量，从而导致复合材料机械性能明显下降。我们发现，尽管APP改性提高了其与TPS基体的相容性，但增加的阻燃剂用量仍会导致复合材料机械性能下降。同时，酸源APP在IFR中不可或缺，但来自石化资源的炭形成剂与当前的可持续发展战略相冲突[26,27]。为了减少IFR的用量并提高其阻燃效率，IFR中的炭形成剂开发已从传统的小分子多元醇转向结构可设计的含氮杂环/大分子炭形成单元[[28], [29], [30]]。因此，APP与炭形成剂的集成和生物基构建已成为研究重点。此外，静电组装技术的最新突破使得可以通过在APP表面静电组装制备单分子IFR[[31], [32], [33]]。传统的酸源APP带有负电荷，通过合成带正电荷且具有优异炭化性能的生物基炭发泡剂，可以将其在合成过程中静电组装到APP表面，从而提高IFR的阻燃效率、相容性和生物改性效果。
本研究中，以酸源APP作为载体，在其表面静电组装了聚乙烯亚胺-β-丙氨酸基三嗪-乙二胺共聚物，制备出具有协同膨胀性能的单分子IFR（EAPP）。静电吸附使EAPP的三个组分紧密结合，提高了MAEP/APP在TPS中的阻燃效率，并改善了复合材料之间的界面相容性。同时，引入生物基β-丙氨酸可以减少EAPP中化石来源原料的含量[34,35]，并详细分析了EAPP在TPS中的阻燃和相容机制。这种静电组装的高效单分子IFR为高性能阻燃TPS提供了创新的解决方案和设计概念。
