備磷氮共摻雜石墨烯的阻燃環(huán)氧基復合材料

??????? 近些年，二維（2D）單片層sp2-雜化碳晶格結(jié)構(gòu)的還原性氧化石墨烯（rGO）被廣泛運用于電容，傳感器，催化劑和電/導熱等復合材料。近期，rGO在聚合物阻燃領域的潛在性運用更加引發(fā)大眾的關注，弱點是rGO與聚合物基質(zhì)相容性差，熱氧化穩(wěn)定性能差，成碳化能力低。為此，研發(fā)人員制備新型磷/氮改性石墨烯（PN-rGO）以提高rGO的熱氧化穩(wěn)定性能，并用以環(huán)氧基樹脂阻燃探討，發(fā)現(xiàn)PN-rGO具備優(yōu)良的阻燃性能和抑煙性。

研究人員按下面步驟開展探討：

1、磷/氮共同摻雜改性石墨烯（PN-rGO）進行擴展性綠色環(huán)保水熱法和微波工藝生成。

2、將PN-rGO用作改性添加劑，合理提高環(huán)氧樹脂的阻燃性和抑煙性。

3、進行燃燒研究、炭層等各方面的研究，探討氣相、凝聚相的阻燃機理。

得出結(jié)果：磷/氮共摻雜改性石墨烯做為阻燃添加劑可合理提高材料的阻燃性能。

研究人員最先選用Hummers法從天然石墨中制備氧化石墨烯（GO），各自選用將磷酸（5g），PPA、尿素、GO等進行超聲水熱處理和微波處理等制備PN-rGO粉末；另外，GO不添加其它改性劑僅微博處理制備微波還原氧化石墨烯WrGO；再進行PVP做為表面活性劑以改進PN-rGO在有機溶劑中的分散性；在最后將改性后的PN-rGO按相對占比引進環(huán)氧樹脂制備復合材料EP/PN-rGO-x，在其中x代表PN-rGO含量。

研究人員對復合材料的熱穩(wěn)定性、燃燒特性等開展探討研究，C-N鍵的生成、焦磷酸酯和偏磷酸酯基團等的引進等合理提高了rGO的熱氧穩(wěn)定性能，制備的EP/PN-rGO復合材料熱氧穩(wěn)定性能也相對提高，另外推動了EP成炭特性的提高。對EP/PN-rGO復合材料的燃燒特性開展測試評估研究，結(jié)果顯示PN-rGO的引進可另外提高材料的阻燃性能和抑煙特性，在其中，相比較于純EP,含5wt％PN-rGO的EP基復合材料的PHRR，THR和TSP值各自降低了30.9％，29.3％和51.3％。

在最后，研究人員對材料的阻燃性能和抑煙性能的改進機理展開歸納剖析：PN-rGO的導入不僅可增加熔體粘度，另一方面形成含PN-rGO的密集炭層，關鍵起物理隔絕效果，而磷/氮的摻雜、導入、改性推動了更穩(wěn)定性的基團的形成，物理隔絕效果獲得增強?？傮w而言，在此項工作，研究人員選用綠色水熱、微波處理等方法制取磷和氮共摻雜rGO（PNrGO）依然很順利的。利用將吡咯-N，吡啶N，季N，焦磷酸和偏磷酸等改性導入，將氮原子和磷原子摻雜到石墨晶格中，共混添加的方法PN-rGO被導入到EP中很順利的提高了符合材料的阻燃性和抑煙性能。

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