甲基纤维素复合水凝胶：高保水性与强阻燃性在易燃材料涂层中的应用

本推荐介绍一项创新性研究：开发了一种基于甲基纤维素（MC）的温敏水凝胶涂层，集成植酸-尿素（PAU）阻燃体系和钙离子（Ca²⁺）保水剂。该涂层在高温下发生相变，形成致密屏障，显著提升丙烯酸织物的阻燃性（LOI达44.8%，UL-94 V-0级），并通过FTIR、TGA、SEM等技术揭示了其气/凝聚相协同阻燃机制，为绿色阻燃材料设计提供新策略。

Highlight

本研究通过将阻燃剂和保水剂整合到纤维素水凝胶中，开发了一种阻燃水凝胶涂层，旨在通过表面涂层增强丙烯酸织物的阻燃性和抗滴落性。选择甲基纤维素（MC）作为水凝胶前体，因其高温敏感性、成膜性和优异的保水能力。植酸（PA）和尿素衍生的绿色阻燃剂（PAU）被用作具有P–N交联网络的绿色阻燃剂（PAU）。钙盐被用作保水剂，以有效锁水，从而减轻水凝胶过度失水导致的阻燃性衰减[13,14]。表征了水凝胶的交联特性，重点是其环境条件下的保水和吸水性能。使用极限氧指数（LOI）和垂直燃烧测试（VFT）评估阻燃性。随后，利用红外和热重红外分析阐明阻燃机制。

材料

丙烯酸织物（166 g/m²）由上海华伦印染有限公司（中国上海）提供。甲基纤维素（MC，粘度：1500 mPa·s，DS = 1.7）、植酸（PA，质量分数50%水溶液）、无水氯化钙（CaCl₂）和尿素（U）所有上述药品均购自Adamas，分析级，无需纯化即可使用。溶剂为去离子水。

水溶胶的制备

PAU由植酸（PA）和尿素（U）在60°C下反应30分钟制备[19]（如图1所示）。

水凝胶的合成与分析

PAU的制备表现出显著的简单性和环境友好性，只需将PA和U在去离子水中混合即可实现，如图1所示[19]。复合水凝胶的形成涉及引入甲基纤维素（MC）以建立交联网络，从而增强水分子与织物之间的相互作用。这种基于MC的水性胶体作为封装PAU的基质。PAU和MC之间的协同效应，通过氢键促进，增强了水凝胶网络。

结论

总之，成功开发了一种由甲基纤维素（MC）、植酸-尿素（PAU）和钙盐组成的新型温敏阻燃水凝胶涂层，用于丙烯酸织物。该材料表现出卓越的防火性能，包括温度响应性、热稳定性、保水性和隔热性。MC/PAU/Ca涂层增强的灭火性能可归因于多种机制。首先，一旦达到凝胶点，涂层迅速从溶胶转变为凝胶，形成物理屏障，有效隔离氧气和热量。其次，PAU分解产生不可燃气体，稀释氧气和可燃气体浓度。第三，钙盐促进致密炭层的形成，进一步抑制燃烧并防止熔滴。