武汉理工大学 Comp. Part A|通过生物基金属有机框架中的主客体限域作用制备强韧且防火的热塑性聚氨酯
文献分享|通过生物基金属有机框架中的主客体限域作用制备强韧且防火的热塑性聚氨酯
DOI：10.1016/j.compositesa.2026.110005
通讯作者：肖飞副教授
研究背景
热塑性聚氨酯（TPU）凭借其独特的微相分离结构，兼具橡胶的高弹性与工程塑料的优异机械强度，已广泛应用于汽车工业、电子封装及线缆护套等领域；然而，其本征易燃性及燃烧过程中伴生的剧烈热释放与毒烟涌出，构成了严峻的火灾安全隐患，严重制约了其在高安全等级场景中的应用。尽管催化阻燃策略可通过诱导基体脱水交联构建物理屏障，但传统阻燃剂常因与聚合物基体界面相容性差及严重的纳米尺度团聚，导致催化效率骤减并引发力学性能的灾难性衰退，难以突破高效阻燃与力学的权衡。
创新点
通过湿法浸渍将环状磷酸酯（FR-PCU）精准限域于BioMOF-100多级孔道中，构建了PCU@BioMOF杂化体系，光谱与衍射表征证实了阻燃组分的有效纳入及骨架稳定性。该设计实现了气相自由基淬灭与凝聚相催化成炭的耦合，突破了低添加量下多功能集成瓶颈，并使热释放与烟生成显著降低。尤为重要的是，该限域结构通过构建非共价交联网络优化了界面应力传递，逆转了常规填料对力学性能的劣化趋势，在低负载下实现了拉伸强度与断裂伸长率的同步提升，同时赋予材料优异的紫外屏蔽功能。
图文速览
图1 (a)PCU@BioMOF的合成示意图；(b)BioMOF-100及PCU@BioMOF的FTIR光谱；(c)XRD图谱；(d)BioMOF-100及(e)PCU@BioMOF的SEM图像
图2 (a)氮气气氛下TPU及TPU/PCU@BioMOF的TGA曲线和(b)DTG曲线
图3 (a)UL-94垂直燃烧测试、(b)LOI、(c)TTI、(d)HRR、(e)THR、(f)SPR及(g)TSP曲线
图4 (a)TPU、(b)TPU/PCU@BioMOF-2%、(c)TPU/PCU@BioMOF-4%及(d)TPU/PCU@BioMOF-6%经CCT测试后残炭的数码照片、SEM图像及EDS元素分布图
图5 (a)ATR-FTIR光谱；(b,c)拉曼光谱；(d,e,f)TPU的元素谱图；(g)XPS全谱；以及(h,i,j,k,l)CCT测试后TPU及TPU/PCU@BioMOF-6%的元素谱图
图6 (a,b)TPU及TPU/PCU@BioMOF-6%的3DTG-FTIR谱图；(c,d)不同温度下热解产物的吸光度；(e)TPU/PCU@BioMOF可能的阻燃机理
图7 (a)应力-应变曲线；(b)TPU复合材料的拉伸强度与断裂伸长率；(c-j)纯TPU及其复合材料断面的SEM图像及高倍SEM图像；(k)TPU/PCU@BioMOF的力学增强机理示意图；(l)紫外-可见吸收光谱
