石墨烯/次磷酸盐无机杂化阻燃消烟剂的设计合成及其阻燃机理研究

As a novel carbon material, graphene has excellent heat resistance and oxygen barrier properties which can give a flame retardancy and smoke suppression for polymers, but there are also some disadvantages for graphene such as the lower flame-retardant efficiency and the poor dispersion in the polymer. The project prepared a series of graphene inorganic hypophosphite salts hybrid materials by hydrothermal synthesis method. Using the the heterogeneous nucleation guide agents which containing the π-πinteractions with graphene and hydrophilic groups, the hypophosphites which have different charring properties can be adsorbed and crystal growth on the surface of the graphene and to form a sandwich structure. Meanwhile, the graphene oxide can be reduced effectively. The formation of graphene and inorganic salts hybrid materials can effectively avoid the agglomeration of the graphene sheet layers, while can also improve the flame retardancy, smoke suppression and the campatibility with the polymer material, and finally the polymer materials can be obtained which have excellent mechanical properties, processability, flame retardancy and smoke suppression. The flame retardant mechanism can be studied by investigate on the relationship between the charring performance and flame retardancy, and combined the results of TG-MS and TG-FTIR analysis of the pyrolysis gas product.The preparation of new graphene hybrid materials achieve a combination of graphene and inorganic flame retardants, provides a new way for the new, inorganic and high efficient flame retardants, has major theoretical and practical values.

石墨烯作为一种新型的碳材料，其优异的耐热、隔氧性能可赋予聚合物一定的阻燃消烟性能，但石墨烯在应用中也存在阻燃效率较低及在聚合物中分散困难等缺点。本项目通过水热合成的方法，将氧化石墨烯还原的同时，加入可与石墨烯产生π-π相互作用并含有亲水基团的异相成核导向剂，利用其微观结构调控功能，在石墨烯的表面生成分布均匀的具有不同成炭性能的次磷酸盐，制备出"夹心结构"的石墨烯/次磷酸盐杂化材料。可有效的避免石墨烯片层的团聚，同时提高石墨烯的阻燃消烟性能，改善其与高分子材料的相容性，最终获得具有阻燃消烟、力学及加工应用等综合性能优异的阻燃高分子材料。通过考察聚合物的成炭性能与阻燃性能之间的关系，结合TG-MS及TG-FTIR对裂解气相产物的分析，推测阻燃剂的阻燃机理。新型石墨烯/次磷酸盐杂化材料的制备，实现了石墨烯与无机阻燃剂优势的互补，可为新型、无机、高效阻燃剂的开发提供指导，具有重要的理论和现实意义。

项目的背景.石墨烯作为一种新型的碳材料，其优异的耐热、隔氧性能可赋予聚合物一定的阻燃消烟性能，但石墨烯在应用中也存在阻燃效率较低及在聚合物中分散困难等缺点。利用阻燃剂之间阻燃机理的差异，将石墨烯与具有不同成炭特性的传统阻燃剂杂化，制备一类复合阻燃剂不但可以解决阻燃剂阻燃效率低的问题还可以改善石墨烯在聚合物基体中的分散性能。.本项目通过水热合成的方法，将氧化石墨烯还原的同时，加入可与石墨烯产生π-π相互作用并含有亲水基团的异相成核导向剂，利用其微观结构调控功能，在石墨烯的表面生成分布均匀的具有不同成炭性能的次磷酸盐、锡酸盐、硼酸盐等，制备出一类"夹心结构"的石墨烯/无机盐杂化材料。有效的避免石墨烯片层的团聚，同时提高石墨烯的阻燃消烟性能，改善了其与高分子材料的相容性，最终获得具有阻燃消烟、力学及加工应用等综合性能优异的阻燃高分子材料。通过考察聚合物的成炭性能与阻燃性能之间的关系，结合TG-MS及TG-FTIR对裂解气相产物的分析，研究了阻燃剂的阻燃机理。.结果表明:通过水热处理可以使氧化石墨烯得到有效的还原。添加20 wt%的次磷酸铝/石墨烯杂化阻燃剂可使PBT达到UL-94 V-0级；并且样品的PHRR较纯PBT下降了78.7%。阻燃剂促进了PBT形成了更加稳定、致密的的碳层，减小了总的气体的释放。30Kw·m-2的辐照功率下，仅添加3份羟基锡酸锌/石墨烯杂化材料（ZHS/RGO）的阻燃EP与纯EP相比，PHRR降低了50%。此外，与纯EP相比，阻燃EP的PSPR、TSP和THR均有所降低。将硼酸锌石墨烯杂化材料（RGO/ZB）与氢氧化镁（MH）协同用于PVC的阻燃处理，发现RGO/ZB与MH的质量比为2/13时，样品的TSP曲线和SPR数值最低，其抑烟效果最好。.新型石墨烯/次磷酸盐杂化材料的制备，实现了石墨烯与无机阻燃剂优势的互补，可为新型、无机、高效阻燃剂的开发提供指导，具有重要的理论和现实意义。