Small multiamine molecule enabled fire-retardant polymeric materials with enhanced strength, toughness, and self-healing properties

韧性 材料科学 极限抗拉强度 阻燃剂 聚合物 自愈 复合材料 自愈材料 乙烯醇 纳米技术 医学 病理 替代医学
作者
Lei Liu,Menghe Zhu,Zhewen Ma,Xiaodong Xu,Jinfeng Dai,Youming Yu,Seyed Mohsen Seraji,Hao Wang,Pingan Song
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:440: 135645-135645 被引量:53
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.135645
摘要

The combination of high fire retardancy, high strength, and great toughness as well as good healability is essential for successful real-world applications of polymeric materials in the fields of packaging, electronics & electrics, and optical devices. To date, there have been few successes in achieving such performance portfolios in polymers due to their different and even mutually exclusive governing mechanisms. Inspired by the nanoconfinement effect that governs the unique mechanical properties of spider silk, we, herein, rationally design a multifunctional small molecule, HCPA, that can serve as a fire retardant and hydrogen-bond crosslinker for poly(vinyl alcohol) (PVA). Benefiting from the dual-phase fire-retardancy effect and the dynamic cross-linking effect, the addition of 5.0 wt% of HCPA enables PVA to achieve a desired self-extinguishment in combination with a high tensile strength of 133 MPa and a toughness of 112 MJ/m3. In addition, the as-prepared polymer material exhibits a high healing efficiency of over 90% (based on strength) if triggered by water. This proof-of-concept opens numerous opportunities for the creation of self-extinguishing, strong, tough, and self-healing polymers for many high-end applications in the above-mentioned industries.
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