近日，理学院功能高分子材料绿色制备与循环利用研究团队在阻燃保温复合材料研究上取得新进展。相关成果发表在材料领域著名刊物《Chemical Engineering Journal》（中科院1区TOP，IF: 13.2)、《Materials Horizons》（中科院2区TOP，IF: 10.7）、《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》（中科院1区TOP，IF: 8.0），第一作者分别为理学院化学专业硕士研究生李婷婷、勾雪和许成叙，通讯作者为汪婷副教授和陈明军教授，西华大学为第一单位。
全球建筑与工业保温消耗超40%全球能源，使用保温材料是践行可持续发展最有效的方式之一。但是，传统石油基泡沫材料面临易燃、机械强度不足且难以回收等缺点，且添加阻燃剂会导致泡沫材料力学和保温等性能受损。气凝胶因其原材料来源广、低导热系数等优势，被认为是传统保温材料的理想替代品，但普遍面临脆性大、制备依赖超临界/冷冻干燥等高能耗工艺、阻燃性与环境耐久性不足的核心缺陷，限制了其广泛应用。
针对有机气凝胶易燃性、低模量、制备方法复杂等固有缺陷，本课题组创新提出“串珠策略”，以明胶为三维网络支撑模板、氨基封端PDMS为扩链剂，通过协同作用调控三聚氰胺甲醛树脂（MF）气凝胶的微观结构。不仅实现了绿色常压干燥，更将传统气凝胶的珍珠链状脆弱结构转变为致密、稳定的棒状组装体，赋予了气凝胶优异的综合性能和极端环境稳定性。气凝胶的压缩模量高达112 MPa，能经受2 t汽车碾压且结构不坍塌，还展示出优异的阻燃性能。在溶剂、高温等环境下仍能维持优异的机械性能和阻燃性能。这项低成本、易规模化的制备技术，将超高性能与绿色环保完美融合，为建筑、工业等苛刻环境下的保温材料提供了解决方案。
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图文摘要
针对生物质气凝胶高度依赖不可逆的共价网络结构和复杂、高能耗的制备工艺来实现多功能化，导致生产成本上升，难以回收再利用等问题，课题组建立了一种简单、低碳的干燥方法，通过超分子可逆组装辅助气泡模板法，实现高效“锁泡”，构筑多功能生物质气凝胶。该气凝胶结合气泡孔结构与纤维组装的次级结构，实现卓越的隔热性能（30.4 mW·m-1k-1）、优异的机械性能（6.5 MPa）和阻燃性能。此外，基于热响应型交联网络的设计，气凝胶展现出全生命周期的可持续性，包括绿色制备、可修复性、闭环可回收性与可生物降解性。该方法避免使用有毒试剂，并显著降低制造与回收过程中的能源与资源消耗，为制备高性能、低碳足迹的下一代生物质气凝胶提供了一种环境友好策略。
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图文摘要
针对传统保温材料在阻燃改性恶化力学性能和保温性能的矛盾问题，且传统阻燃涂层与基材粘结力弱，易导致涂层剥离丧失阻燃性的难题，课题组受鸟类筑巢行为的启发，通过绿色多基团协同策略构建了一种不含传统阻燃元素的全生物质基防火涂料，实现了"一石多鸟"的效果。其中，没食子酸通过π-π堆积超分子纤维聚集体，模拟结构“细枝”；壳聚糖则通过复制“唾液”的粘合功能增强内聚力，两者组装形成具有纳米孔洞的互穿网络微结构。涂覆到聚氨酯硬泡上，其能赋予材料优异的隔热性能（24.85 mW·m-1k-1）和力学性能（压缩模量9.37 MPa）。得益于丰富的界面粘附基团和增强的内聚力，该涂层对多种基材均表现出强附着力。此外，脱羧/碳化过程与酚羟基自由基捕捉能力的协同作用，使材料具有膨胀阻燃行为和广谱阻燃特性。这项工作为开发具有巨大应用潜力的多功能阻燃涂料建立了一种简便环保的设计策略。
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