软质聚氨酯泡沫（FPUFs）作为一种缓冲材料，因其密度低、回弹性好，被广泛应用于家具、汽车和床上用品等各种消费品和商业产品中，是使用最广泛的聚氨酯产品之一。但FPUFs极易燃，一旦点燃，FPUFs会迅速燃烧并释放大量CO、HCN等有毒气体，同时伴有严重的熔滴。因此，提高FPUFs的消防安全成为了全球关注的重点。
目前，应用表面后处理技术赋予软质聚氨酯泡沫阻燃性已成为一种普遍方法。这种方法不同于在软质聚氨酯泡沫制造过程中混合阻燃剂的传统方法，因为它避免了阻燃剂与聚合物基体之间的相容性问题。阻燃性的增强是通过阻燃涂层对基体的保护来实现的。设计出既具有高效阻燃性又能与FPUF基体良好协同作用的涂层，对产品的最终性能至关重要。之前报道的软质聚氨酯泡沫表面后处理方法有层层自组装（LbL）技术、溶胶-凝胶法等。但LbL技术需要经过复杂的沉积和干燥周期，不适合大规模生产；溶胶-凝胶法合成过程复杂，对前驱体的选择性有限，导致涂层性能不稳定。
众所周知，气凝胶因其多孔结构而具有优异的隔热和隔音性能。利用这些优势，研究者们已经尝试将气凝胶作为涂层应用于聚合物基材上，以提升材料的隔热和阻燃性能。仿生设计是一种在提高材料综合性能方面具有巨大潜力的策略。在自然界中，贝壳呈现出层状结构，珍珠层以不规则的交错方式排列，这种结构赋予了贝壳优异的机械强度。
软质聚氨酯泡沫阻燃涂层的开发面临的主要挑战包括以下几个方面：
确保涂层在燃烧过程中对基材提供足够的保护
涂层与基材之间建立坚固的粘附力，防止剥离或分层；
保持软质聚氨酯泡沫固有的高弹性；
开发一种快速简便的涂层应用方法，解决当前浸渍法干燥速度慢，不适用大样品的局限性。
近期，河北大学马海云团队受贝壳珍珠层结构的启发，设计了一种仿生气凝胶涂层（GEL-BA-THPS），可为软质聚氨酯泡沫（FPUF）基材提供充分的隔热和保护。
以明胶（GEL）、硼酸（BA）和四羟甲基硫酸磷（THPS）为原料，通过自组装方式，混合溶液在FPUF基材上迅速形成层状结构并凝胶化。经过空气干燥后，获得具有珍珠层状仿生3D多孔气凝胶涂层（GEL-BA-THPS）。
该涂层与FPUF基材具有较强的界面粘附性，剥离强度甚至超过了FPUF基体的固有强度。该涂层具有优异的阻燃和隔热性能，LOI值高达80%以上，轻松达到UL-94 V0等级。该涂层还显著降低了FPUF在燃烧时的热释放和烟雾释放，同时，涂层并未影响FPUF的回弹性能。此外，该涂层还具有优异的抗菌性能，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌表现出高度的抑制作用。因此，本项研究为多功能软质聚氨酯泡沫的设计和应用提供了新的策略。
贝壳结构、溶液制备、涂覆过程
(a)贝壳层状结构；(b) GEL-BA-THPS溶液的制备；(c) GEL-BA-THPS涂覆FPUF。
隔热试验
(a)隔热燃烧试验示意图；(b)隔热测试期间的快照；(c) 在隔热燃烧试验过程中，背面温度在五分钟内随时间变化；(d)250℃高温下FPUF和涂覆涂层的FPUF红外图像；(e) FPUF/GEL-3BA-6THPS隔热机理示意图。
涂覆GEL-BA-THPS涂层的FPUF机械性能测试
（a）拉伸强度试验期间的快照；（b） 抗剪强度；（c）循环压缩应力-应变曲线（插入：50次循环压缩前后的数码照片）；（d）单个压缩周期内的快照；（e）摩擦模拟图；（f）50次循环摩擦前后的SEM图像；（g）GEL-3BA-6THPS涂层磨损前后的重量变化。
抗菌效果试验
(a)大肠杆菌；(b)金黄色葡萄球菌。
数据来源与出处
相关研究成果发表在最新一期的《Progress in Organic Coatings》上。
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