輕質、高強、優異阻燃聚合物泡沫材料

高性能阻燃材料對控制火災具有重要意義。然而，傳統阻燃劑具有毒性，並且缺少滿足現代應用的機械性質。中國科學院理化技術研究所耿建新研究員團隊，以紅磷雜化石墨烯為阻燃劑，製備了阻燃性優異、同時具有輕質和高機械強度等特性的異氰酸酯基聚醯亞胺（PI）泡沫，如圖1所示。

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圖1.（a）通過球磨石墨和紅磷製備紅磷雜化石墨烯的示意圖；（b）紅磷納米顆粒附著在石墨烯片上的示意圖；（c）一塊可以放到玫瑰花上的泡沫可以承受6 kg的重量；（d）異氰酸酯基聚醯亞胺泡沫；（e）阻燃的異氰酸酯基聚醯亞胺泡沫。

石墨烯片和PI基體間的共價鍵為該聚合物泡沫提供了高楊氏模量（83 kNm kg-1），該值相當於或高於當前材料的最高水平（包括二氧化硅氣凝膠、聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫等）。添加少量的紅磷雜化石墨烯阻燃劑（2.2 wt%）就可以使該聚合物泡沫達到比通常聚合物阻燃材料更高的極限氧指數：通常聚合物阻燃材料的極限氧指數為20-30，該聚合物泡沫的為39.4。另外，該聚合物泡沫還具有和空氣相當的絕緣性。以上優異性能得益於紅磷在石墨烯片表面的納米分散，以及石墨烯片與聚合物基體間的共價鍵連接。值得指出的是，紅磷雜化的石墨烯是通過一步球磨法製備的，產率為100%，不需要有機溶劑，沒有廢料產生。

製備以上聚合物泡沫所採用的原料和使用的技術具有工業兼容性，因此，該阻燃聚合物泡沫可實現工業放大製備。該研究成果以「Lightweight and Ultrastrong Polymer Foams with Unusually Superior FlameRetardancy」為題發表在ACS Appl. Mater.Interfaces上（2017, 9, 26392; DOI: 10.1021/acsami.7b06282），並且取得了兩項發明專利。該研究成果是耿建新研究員團隊在高性能PI泡沫領域研究的一部分，前期研究成果發表在Chem. Mater.上（2015, 27, 4358; DOI:10.1021/acs.chemmater.5b00981）。以上研究成果為高性能阻燃聚合物泡沫材料的製備、石墨烯在聚合物複合材料中的高效利用奠定了基礎。

全文鏈接：

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.7b06282

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemmater.5b00981

來源：高分子科學前沿

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