关键词：聚醚胺 D-2000、二乙基甲苯二胺（DETDA）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）

Breaking performance trade-offs in polyurea by molecular design for integrated self-healing, mechanical strength and flame retardancy

JMCA，41945–41961

https://doi.org/10.1039/d5ta06505d

一、研究背景

聚脲（Polyurea, PUA）弹性体因具备优异的综合性能，在柔性电子、智能传感器、电子皮肤等领域展现出广阔的应用前景。然而长期研究表明，高强力学性能、本征自修复能力与阻燃特性三者难以在PUA体系中同步实现，存在显著的性能制衡矛盾，极大限制了该类材料在复杂工况下的实际应用。基于此，本文提出一种新型分子设计策略，通过引入同时集成芳香单元、动态共价键及磷氮（P/N）协同阻燃基团的新型扩链剂，构建多功能PUA弹性体，实现力学增强、自修复与阻燃三重性能的同步协同。

二、材料分子设计与制备

本研究设计并合成了PPDC-APD（P-A）新型扩链剂，其分子结构同时整合了芳香环、二硫键动态共价结构与磷氮阻燃基团。以异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、聚醚胺D-2000为基础原料，与自制P-A扩链剂经聚合反应制备得到改性PUA-Pₓ-Dᵧ弹性体；同时采用传统DETDA扩链剂制备纯PUA材料作为对照组。在改性PUA体系中，分子链内部可形成多重非共价相互作用与动态共价相互作用：芳香单元可产生π-π堆积效应，二硫键可作为动态可逆交联位点，脲基可构建氢键网络，多重作用协同构筑了动态交联网络结构。

三、核心性能

力学性能方面：芳香π-π堆积可诱导应变结晶，相较于对照组样品，改性PUA的拉伸强度提升158.5%，断裂韧性提升181.0%，实现了材料力学性能的大幅增强。

自修复性能方面：芳香π-π堆积与二硫动态共价键的协同效应赋予材料优异的本征自修复能力，在60 ℃条件下加热修复24 h后，材料拉伸强度恢复率可达99.1%。

阻燃性能方面：分子结构中的磷氮协同阻燃基团可显著提升材料的阻燃能力，改性PUA的极限氧指数（LOI）可达26.8%，通过UL-94 V-0级阻燃等级测试，同时可显著降低燃烧过程中的热释放速率、总热释放量与烟释放量。

四、创新点

本工作提出了一种全新的多功能聚脲分子设计范式，成功突破了传统聚脲材料中力学强度、阻燃安全性与自修复性能难以兼顾的瓶颈。后续研究可进一步优化该体系的分子结构，精准调控动态键密度与阻燃基团含量，推动该类多功能弹性体在可穿戴设备、防火柔性器件等领域的工程化应用。

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