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    云山科技繼續與大家討論石墨烯基阻燃劑

    2021-03-12 21:07:07

    2.2 無機阻燃劑改性石墨烯作為環氧阻燃劑 


    無機納米技術是21世紀重要的技術之一,在許多領域帶來了重大創新。當材料的尺寸減小到納米尺度時,通常表現出獨特的物理和化學特性,例如小尺寸效應、表面效應。威海云山科技發現為了克服上述石墨烯單獨作為阻燃劑的缺點,可將無機納米材料與石墨烯復合,理論上既能減少阻燃劑用量,又能夠提高阻燃性能、加工性能和力學性能。此外,無機納米材料被認為是環境友好的,因此,開發無機納米材料摻雜復合阻燃劑具有特殊的意義。無機阻燃劑改性石墨烯中使用的無機納米材料主要包括層狀雙氫氧化物、金屬氧化物以及金屬鹽類。 

      

    層狀雙氫氧化物俗稱水滑石,具有化學組分可調控性以及相應的物理化學性能可調控性的特點。研究學者通過共沉淀的方法,將層狀雙氫氧化物沉積在石墨烯的片層上,層狀雙氫氧化物分解釋放出不燃氣體——水,同時生成對應的金屬氧化物,促進殘炭的生成,結合石墨烯凝聚相中的阻燃機制,提高了環氧樹脂的阻燃效率。Xin Wang等使用一步溶劑熱法制備了Ni-Fe層狀雙氫氧化物/石墨烯雜化材料,當添加2.0wt%后,不僅提高了環氧樹脂的熱穩定性,而且具有優異的阻燃性能。TG-IR顯示LDH/graphene在燃燒過程中釋放不燃氣體CO2和H2O,在氣相中稀釋可燃氣體。殘炭的XPS和Raman分析表明LDH與graphene協同阻燃,在燃燒過程中促進更穩定炭層的生成。而金屬氧化物以及金屬鹽類則主要是通過金屬氧化物或分解生成的金屬氧化物催化成碳的作用提高阻燃的效率。為了提高環氧樹脂的熱穩定性、阻燃性能以及抑煙性能,Xin Wang等人制備了Co3O4-石墨烯和SnO2-石墨烯雜化材料,結果表明,石墨烯的勢壘效應和金屬氧化物限制了聚合物鏈的遷移率導致熱穩定性的提高,討論了抑煙的機制,是金屬氧化物的催化成碳效應和石墨烯的吸附效應的協同作用。Xiaowei Liu等人利用水熱法將羥基錫酸鋅均勻的負載于還原氧化石墨烯片層上,并作為環氧樹脂的阻燃劑和消煙劑,大大降低了熱釋放速率和煙釋放速率,其阻燃機制歸因于雜化材料的氣相和凝聚相的共同作用。


    此外,研究學者將石墨烯與傳統阻燃劑APP相結合,通過復配的方式,增加環氧樹脂的阻燃性能劑力學性能。


    2.3 有機阻燃劑改性石墨烯作為環氧阻燃劑 


    用于環氧樹脂的有機阻燃劑主要分為鹵系阻燃劑和無鹵阻燃劑,其中前者阻燃效率高,但是在燃燒過程中容易釋放危害人類健康的氣體,大部分鹵系阻燃劑被RoSH指令和WEEE指令嚴格控制。后者包括磷系、氮系、硅系阻燃劑,其阻燃效率較高,與環氧樹脂相容性良好。有機阻燃劑與石墨烯片上的官能團相互作用,可以增加石墨烯層間距并抑制其聚集,從而增加其與聚合物基體的分散性和相容性。進而導致更有利的機械性能、熱穩定性和阻燃性能。 

      

    磷系阻燃劑主要是(DOPO)及其衍生物。DOPO分子含有一個活潑氫,前者易被取代,后者多與缺電子化合物反應,結合石墨烯改性成為DOPO及衍生物-石墨烯復合阻燃劑。氮系阻燃劑一般與磷系阻燃劑復合構成P-N體系,一方面含磷阻燃劑發泡生成一種玻璃化物質覆蓋在可燃物表面,另一方面含氮阻燃劑分解生成不燃氣體,前者在凝聚相發揮作用,后者在氣相起到稀釋可燃氣體以及氧氣的作用。硅系阻燃劑主要是多面體低聚倍半硅氧烷(POSS)。POSS是由硅氧骨架組成的無機硅籠核,硅氧骨架由Si-O交替連接,外部連接R基團(-OH、-NH2等)。R基團可與環氧基團反應,促進環氧固化中的交聯反應,從而提高環氧基體的力學性能和阻燃性能。如:Yuezhan Feng等人以DOPO、APTS為原料,使用綠色的水熱和微波法,制備磷氮共摻雜rGO(PN-rGO)。復合材料在穩定性、阻燃性和抑煙性方面均有顯著改善。各種有機物的改性賦予了石墨烯優異的阻燃性能和力學性能,P、N、Si的聯合改性已成為有機改性阻燃劑的發展趨勢。 

     


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