Mussel‐Inspired, Self‐Healing, Highly Effective Fully Polymeric Fire‐Retardant Coatings Enabled by Group Synergy

阻燃剂 材料科学 自愈 纳米技术 贻贝 群(周期表) 高分子科学 复合材料 有机化学 生态学 医学 生物 病理 化学 替代医学
作者
Zhewen Ma,Jiabing Feng,Siqi Huo,Ziqi Sun,Serge Bourbigot,Hao Wang,Jiefeng Gao,Long‐Cheng Tang,Wei Zheng,Pingan Song
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202410453
摘要

Fire-retardant coatings represent a universal cost-effective approach to providing fire protection for various substrates without compromising substrates' bulk properties. However, it has been attractive yet highly challenging to create waterborne polymeric fire-retardant coatings combining high-efficiency, generally strong adhesion, and self-repairability due to a lack of rational design principles. Inspired by mussel's unique adhesive, self-healing, and char-forming mechanisms, herein, a "group synergy" design strategy is proposed to realize the combination of self-healing, strong adhesion, and high efficiency in a fully polymeric fire-retardant coating via multiple synergies between catechol, phosphonic, and hydroxyethyl groups. As-created fire-retardant coating exhibits a rapid room-temperature self-healing ability and strong adhesion to (non)polar substrates due to multiple dynamic non-covalent interactions enabled by these groups. Because these functional groups enable the formation of a robust structurally intact yet slightly expanded char layer upon exposure to flame, a 200 µm-thick such coating can make extremely flammable polystyrene foam very difficult to ignite and self-extinguishing, which far outperforms previous strategies. Moreover, this coating can provide universal exceptional fire protection for a variety of substrates from polymer foams, and timber, to fabric and steel. This work presents a promising material design principle to create next-generation sustainable high-performance fire-retardant coatings for general fire protection.
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