创新点

       本文介绍了一种功能性聚氨酯-脲弹性体，具有阻燃和自修复功能。通过在聚氨酯-脲体系中引入多重氢键作为动态交联点，并结合磷氮协同阻燃结构，成功构建了兼具高阻燃性、优异力学性能和自修复功能的多功能弹性体。该工作为开发新型高性能聚氨酯-脲弹性体材料提供了一种创新的设计范式。

传统的聚氨酯-脲弹性体在结构上含有大量碳氢有机组分，且氨基甲酸酯键（-NH-CO-O-）与脲键（-NH-CO-NH-）的热稳定性有限，因此普遍存在易燃性问题。在受热条件下，聚合物链易断裂并释放可燃性挥发物，显著助长燃烧过程，从而带来严重的安全隐患。此外，该类材料在使用中易产生划痕、刺穿及微裂纹等损伤，导致功能下降与使用寿命缩短，极大限制了其在可靠性要求较高领域的应用。

基于上述背景，浙江理工大学材料学院万军民课题组基于超分子化学策略，通过Atherton-Todd反应成功合成了阻燃剂DEPTA，并将其引入聚氨酯-脲体系。采用逐步聚合法制备了PUE/DEPTA复合材料，在聚氨酯-脲网络中构建了多重氢键动态交联点和磷氮协同阻燃结构。DEPTA的引入不仅赋予材料优异的阻燃性能，同时显著提升了其机械强度，实现了高阻燃、强韧与自修复功能的一体化（图1）。

图1 PUE/DEPTA的合成过程

文章对PUE/DEPTA复合材料的火灾危险特性进行了系统测试。结果显示，引入10% DEPTA可显著降低材料的关键火灾危险参数。与纯PUE相比，PUE/DEPTA复合材料的热释放速率（HRR）、总热释放量（THR）、烟释放速率（SPR）以及一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO₂）的生成速率均得到明显抑制。具体而言，PUE/10%DEPTA的峰值热释放速率（PHRR）较纯PUE下降64.1%，总热释放量（THR）降低66.5%，峰值烟释放速率（PSPR）减少55.1%，CO和CO₂的峰值生成率分别降低71.4%和81.8%。该结果充分表明，DEPTA在聚氨酯-脲基体中发挥了协同阻燃效应，不仅有效抑制燃烧强度，减弱燃烧过程中的热反馈，还显著降低了热分解阶段有毒气体的释放，从而实现了材料消防安全性能的全面提升。

文章进一步对PUE/DEPTA复合材料的阻燃性能进行了评估（图2）。结果显示，PUE/10%DEPTA试样在点燃后1秒内可自行熄灭，且其燃烧滴落物未引燃下方棉层。根据UL 94垂直燃烧测试标准，该材料达到V-0等级，属于高阻燃材料。同时，其极限氧指数（LOI）高达30%，这表明其在常规空气环境下具备优异的自熄性能。以上数据共同证实，DEPTA的引入显著提升了聚氨酯-脲弹性体的阻燃等级与火灾安全行为。

图2（a）PUE/DEPTA垂直燃烧示意图； (b) PUE/DEPTA的LOI指数

文章对PUE/DEPTA复合材料的力学性能进行了系统表征。测试结果表明，与未改性PUE相比，PUE/10%DEPTA复合材料的抗拉强度显著提升31.9%，断裂伸长率增加2.4%。这种强度与延展性的协同增强主要归因于DEPTA分子在聚合物网络中形成有效交联，提高了体系的交联密度，从而强化了材料的力学性能。该结果进一步验证了DEPTA在聚氨酯-脲基体中不仅发挥阻燃作用，同时作为交联剂参与网络构建，实现了阻燃与力学增强的双重功能。

文章对PUE/10%DEPTA的自修复行为进行了系统观察（图3）。随着愈合时间延长，材料表面的裂纹轮廓逐渐模糊，宽度与深度显著减小，最终完全消失，使表面恢复至接近原始状态。该优异的自修复性能主要源于材料内部构建的动态物理交联网络。聚氨酯-脲弹性体中的氨基甲酸酯与脲结构提供了丰富的氢键给体和受体，在热激活作用下，动态可逆的氢键可在断裂界面不断解离与重组，从而高效促进损伤区域的重新结合。此外，小分子DEPTA的引入不仅赋予体系阻燃功能，其反应形成的支化结构还可作为额外的动态交联点，进一步增强界面重建与网络整合能力，最终实现裂纹的完全闭合与材料表面的结构恢复。

图3 PUE/10%DEPTA自修复过程及机理图。

本文题为“A self-healing and flame-retardant poly(urethane-urea) elastomer driven by hydrogen bonds and phosphorus-nitrogen synergy”发表在Chinese Journal of Polymer Science。吴谌情硕士研究生是该论文的第一作者，万军民副教授为通讯作者。

Citation

Wu, C. Q.; Wang, Z.; Xiu, T. Y.; Zhu, X.; Wan, J. M. A self-healing and flame-retardant poly(urethane-urea) elastomer driven by hydrogen bonds and phosphorus-nitrogen synergy. Chinese J. Polym. Sci. 2026 44, 499–512.DOI：10.1007/s10118-025-3510-8