四川大学赵海波教授团队 ACS Materials Lett.：具有多重防护作用的透明自膨胀防火阻燃硅氧烷材料

2023-08-11 来源：高分子科技

防护材料可以有效地提升基材的使用寿命和安全性能。面对火灾、高温、霉菌和外力损伤等多种复杂环境时，迫切需要发展能集多重防护性能一体的功能材料。防护材料还通常需要具有高透明性和柔性，以满足可穿戴电子器件和建筑玻璃等应用领域的要求。但在一种透明柔性材料中集成多种防护功能仍然是一个巨大的挑战。

近期，四川大学环保型高分子材料国家地方联合工程实验室的赵海波教授团队报道了一种亚磷酸质子化聚有机硅氧烷基多重防护材料，该材料具有透明、自愈合、防火阻燃、高温隔热和抗菌防霉等多重防护性能（图1）。该团队通过亚磷酸（PA）质子化的（3-氨丙基）三乙氧基硅烷（APTES-PA）水解缩合和亲疏水相互作用驱动的自组装作用形成具有多孔结构的硅氧烷基动态交联网络PSiP（图2）。该材料的多重防护设计策略为：1）动态物理-化学双交联网络赋予聚硅氧烷自愈合能力和良好的力学性能；2）PA^--NH³⁺离子键和长烷基链亲疏水差异驱动硅氧烷网络在溶胶-凝胶过程中形成多孔结构，有利于提升材料的柔韧性；3）带正电的磷/氮协效硅氧烷网络具有优异的自膨胀防火和抗菌性能。这项工作为发展抵御复杂环境的透明多重防护材料提供了新的思路和方法。

图1 亚磷酸质子化聚硅氧烷材料的多重防护功能示意图

图2 透明多功能聚硅氧烷网络的制备与结构表征

该材料表现出高透明性，在可见光范围内（400-800 nm）的透光率高达92%；高柔性使其可以被弯折成不同形状，能作为柔性防护涂层和防护包装膜材料，适用于玻璃、木材、纸张和织物等的不同基材的防护。作为膜材料，其拉升强度为4.7 ± 0.1 MPa，断裂伸长率为93.0 ± 7.4%，且具有96%的自修复效率。遇火或高温，该材料会迅速响应，自膨胀形成稳定的多孔泡沫状隔热炭层，能有效阻隔1400 °C火焰87.8%的热量。此外，该材料可以抵抗不同的微生物污染，对金黄色葡萄球菌的抗菌率达99.2%，对绿色木霉菌的防霉性能达0级。

图3 响应自膨胀行为及其机制和普适的防火性能

图4 抗菌防霉性能及其机制

相关成果以“Smart Self-Puffing Phosphite-Protonated Siloxane Network Enables Multifunctional Transparent Protection”为题发表在ACS Materials Letters上，论文的第一作者为四川大学环保型高分子材料国家地方联合工程实验室的博士生张琳，赵海波教授为论文通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金（U19A2045、52122302和51991351）的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.3c00755

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（责任编辑：xu）

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