备磷氮共掺杂石墨烯的阻燃环氧基复合材料

备磷氮共掺杂石墨烯的阻燃环氧基复合材料

        近些年，二维（2D）单片层sp2-杂化碳晶格结构的还原性氧化石墨烯（rGO）被广泛运用于电容，传感器，催化剂和电/导热等复合材料。近期，rGO在聚合物阻燃领域的潜在性运用更加引发大众的关注，弱点是rGO与聚合物基质相容性差，热氧化稳定性能差，成碳化能力低。为此，研发人员制备新型磷/氮改性石墨烯（PN-rGO）以提高rGO的热氧化稳定性能，并用以环氧基树脂阻燃探讨，发现PN-rGO具备优良的阻燃性能和抑烟性。

研究人员按下面步骤开展探讨：

1、磷/氮共同掺杂改性石墨烯（PN-rGO）进行扩展性绿色环保水热法和微波工艺生成。

2、将PN-rGO用作改性添加剂，合理提高环氧树脂的阻燃性和抑烟性。

3、进行燃烧研究、炭层等各方面的研究，探讨气相、凝聚相的阻燃机理。

得出结果：磷/氮共掺杂改性石墨烯做为阻燃添加剂可合理提高材料的阻燃性能。

研究人员最先选用Hummers法从天然石墨中制备氧化石墨烯（GO），各自选用将磷酸（5g），PPA、尿素、GO等进行超声水热处理和微波处理等制备PN-rGO粉末；另外，GO不添加其它改性剂仅微博处理制备微波还原氧化石墨烯WrGO；再进行PVP做为表面活性剂以改进PN-rGO在有机溶剂中的分散性；在最后将改性后的PN-rGO按相对占比引进环氧树脂制备复合材料EP/PN-rGO-x，在其中x代表PN-rGO含量。

研究人员对复合材料的热稳定性、燃烧特性等开展探讨研究，C-N键的生成、焦磷酸酯和偏磷酸酯基团等的引进等合理提高了rGO的热氧稳定性能，制备的EP/PN-rGO复合材料热氧稳定性能也相对提高，另外推动了EP成炭特性的提高。对EP/PN-rGO复合材料的燃烧特性开展测试评估研究，结果显示PN-rGO的引进可另外提高材料的阻燃性能和抑烟特性，在其中，相比较于纯EP,含5wt％PN-rGO的EP基复合材料的PHRR，THR和TSP值各自降低了30.9％，29.3％和51.3％。

在最后，研究人员对材料的阻燃性能和抑烟性能的改进机理展开归纳剖析：PN-rGO的导入不仅可增加熔体粘度，另一方面形成含PN-rGO的密集炭层，关键起物理隔绝效果，而磷/氮的掺杂、导入、改性推动了更稳定性的基团的形成，物理隔绝效果获得增强。总体而言，在此项工作，研究人员选用绿色水热、微波处理等方法制取磷和氮共掺杂rGO（PNrGO）依然很顺利的。利用将吡咯-N，吡啶N，季N，焦磷酸和偏磷酸等改性导入，将氮原子和磷原子掺杂到石墨晶格中，共混添加的方法PN-rGO被导入到EP中很顺利的提高了符合材料的阻燃性和抑烟性能。

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