一种提高PVA热稳定性和阻燃性能的方案

一种提高PVA热稳定性和阻燃性能的方案

        近些年,将阻燃元素与石墨烯协同阻燃在新型阻燃剂的研发等方面备受关注,对比于共价改性,非共价键改性简易便捷,且几乎可以保留石墨烯的固有质量。研究人员利用一锅法顺利制取含磷-氮化合物的非共价官能化氧化石墨烯(FGO)。将聚乙烯亚胺和FGO交替沉积在聚乙烯醇(PVA)膜的表面上,利用静电协同作用驱动逐层组装,授予被涂覆的PVA膜优良的的阻燃性能能。多层FGO基涂层形成的包封PVA基质具备优良的防护性屏蔽层,可有效的避免燃烧过程中热量和质量的传送。与纯PVA对比,经自组装涂覆改性的PVA的起始分解溫度可达260℃,总热释放减少近60%。表明了该法在提高聚合物阻燃方面的优良发展前途。

研究人员最先选用XX法制取非共价功能化FGO,再将所需数量的双层(FGO/PEI)沉积在PVA基底上制取PVA多层包复膜。选用XRD等对PVA膜进行表征,表明样品的顺利制取。并选用TGA,MCC,垂直燃烧测试对材料的热性能、燃烧性能进行研究。TGA测试表明,FGO的简易填加引进会使PVA的起始分解溫度减少,而将FGO利用多层组装包复方法可让PVA包复材料的起始分解溫度提高至260℃左右。除此之外,无论什么填加方法可以使PVA的残炭量得到提高,但包复方法残炭量提高更显著。

MCC测试表明,起始放热溫度由纯PVA的226℃升高至涂层PVA(SA-30)的318℃。除此之外,涂层PVA的THR大幅度降低,SA-30的THR值为8.9Kj·g-1,比纯PVA低67%。阻燃性能的提高,其机理可能因为FGO在PVA表面造成屏障效应,可以缓解传热并避免火焰向基体材料传送。

利用直接空气中乙醇火焰垂直燃烧对纯PVA,PVA/FGO复合材料和经LBL组装的FGO涂覆PVA膜材料进行阻燃性能测试。每过3s进行燃烧视频影像捕获。数据显示:纯PVA片一瞬间点燃,9s的時间里不断燃烧,且燃烧后几乎沒有残留物;PVA/FGO复合材料也经迅速燃烧,表明均衡分布的FGO在凝聚相中无法充分体现阻拦功能;经LBL-组装的FGO包复PVA材料具备燃烧惰性,反复暴露于高溫火焰环境中9秒后仍能维持较小的收缩率。在最后,研究人员对材料的阻燃机理进行研究:主要是反映在凝聚相,FGO包复层可在PVA表面上类似防护罩的功能,有效的避免了传热和传质的进行。

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