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石墨烯阻燃劑
| 來源：邵君( 先生，國內國際部經理 ) 發(fā)布時間：2017-9-5 12:05:29 |
石墨烯阻燃劑具有良好的化學活性，可以與特定結構或功能的目標化合物發(fā)生化學反應，從而對其表面進行化學修飾達到改變物理和化學性質，開拓一條提高熱穩(wěn)定性和火安全性能的新型綠色環(huán)保技術路線。
石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp2雜化方式形成的蜂窩狀平面薄膜，是一種只有一個原子層厚度的準二維材料，所以又叫做單原子層石墨。英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，用微機械剝離法成功從石墨中分離出石墨烯，因此共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。石墨烯常見的粉體生產的方法為機械剝離法、氧化還原法、SiC外延生長法，薄膜生產方法為化學氣相沉積法（CVD）。由于其十分良好的強度、柔韌、導電、導熱、光學特性，在物理學、材料學、電子信息、計算機、航空航天等領域都得到了長足的發(fā)展。
作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯被稱為“黑金”，是“新材料之王”，科學家甚至預言石墨烯將“徹底改變21世紀”。極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術新產業(yè)革命。
石墨烯是目前已知強度最高的材料之一，同時還具有很好的韌性，且可以彎曲，石墨烯的理論楊氏模量達1.0TPa，固有的拉伸強度為130GPa。而利用氫等離子改性的還原石墨烯也具有非常好的強度，平均模量可大0.25TPa。由石墨烯薄片組成的石墨紙擁有很多的孔，因而石墨紙顯得很脆，然而，經氧化得到功能化石墨烯，再由功能化石墨烯做成石墨紙則會異常堅固強韌。
中國科學技術大學的胡源教授和宋磊教授的課題組在熱穩(wěn)定性和火安全性能方面進行了詳細的研究。他們采用六氯環(huán)三磷腈和丙烯酸羥乙酯對ＧＯ進行表面修飾，并將修飾后得到的功能性石墨烯（ＦＧＯ）添加到聚苯乙烯（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ，ＰＳ）中提高其自身的熱穩(wěn)定性和火安全性。
其中，六氯環(huán)三磷腈是一種磷－氮化合物，可以催化聚苯乙烯使其形成碳（ｃｈａｒ），而ｃｈａｒ可以有效阻止ＦＧＯ的燃燒；此外，ＧＯ的獨特二維層狀結構是一個天然的物理屏障，可以有效地延緩熱量的傳遞、熱解產物的擴散與逸出以及氧氣的擴散與混合，進而增強ＰＳ的火安全性。而丙烯酸羥乙酯可以將Ｃ＝Ｃ鍵引入到ＧＯ中，使ＧＯ與ＰＳ進行原位固化，增強了ＧＯ與ＰＳ的界面相互作用，進而提高材料的熱穩(wěn)定性。
研究結果表明，純ＰＳ材料經過燃燒后，其表面沒有ｃｈａｒ形成。當將ＦＧＯ摻雜到ＰＳ中，ＦＧＯ－ＰＳ納米復合材料經過燃燒后其表面形成了ｃｈａｒ，并且隨著ＦＧＯ質量分數(shù)的增加，ｃｈａｒ的數(shù)量逐漸增加。
當ＦＧＯ的質量分數(shù)為３％時，ＦＧＯ－ＰＳ納米復合材料表面形成了一層連續(xù)的致密的ｃｈａｒ，表明３％ＦＧＯ－ＰＳ納米復合材料具有優(yōu)異的火安全性，具體體現(xiàn)在：ＣＯ釋放速率峰值比純ＰＳ減小了６６％，ＣＯ２釋放速率峰值減小了５４％，熱釋放速率峰值減小了５３％，總熱釋放速率減小了３８％。
中文名稱：磷酸三(2-氯乙基)酯,三(2-氯乙基)磷酸酯(TCEP)
英文名稱：Tris(2-chloroethyl) phosphate
中文別名：三氯乙基磷酸酯阻燃增塑劑;;磷酸三(β-氯乙酯);2-氯乙基磷酸雙(2-氯乙基)酯;三(β-氯乙基)磷酸酯;磷酸三(2-氯乙基)酯;TCEP;磷酸三氯乙酯
CAS RN：115-96-8
EINECS號：204-118-5
分 子 式：C6H12Cl3O4P
分 子 量：285.4898
磷酸三(2-氯乙基)酯(阻燃劑TCEP)用途
1.磷酸三(2-氯乙基)酯具有極佳的阻燃性，優(yōu)良的抗低溫性及抗紫外線性，其蒸氣只能在225℃以上用明火直接點燃方可燃燒，但移走火源則即刻自熄。以本品為阻燃劑不但可提高被阻燃材料的材料級別，而且可改善阻燃材料的耐水性、耐酸性、耐寒性及抗靜電性。常用于阻燃以硝基纖維和醋酸纖維為基材的油漆涂料，不飽和聚酯、聚氨酯、丙烯酸酯、酚醛樹脂等，也可用于軟質聚氯乙烯的增塑阻燃劑。本品用于不飽和聚酯添加量為10%～20%，在聚氨酯硬泡沫塑料(以阻燃聚醚為原料)中可為10%左右，在軟質聚氯乙烯中用作輔助增塑阻燃劑時為5%～10%。阻燃劑、鈾、釷、钚、锝等稀有金屬的分離溶劑或萃取劑。
2.本品廣泛用于化纖織物、醋酸纖維素作阻燃劑，除具有自熄性外，還可改善耐水性、耐寒性及抗靜電性。一般用量5～10份。本品為合成材料的優(yōu)良阻燃劑，兼具有良好的增型作用，廣泛用于醋酸纖維素、硝基纖維清漆、乙基纖維素、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯、聚氨酯、酚醛樹脂等，所制得的產品除具有自熄性外，還可改善制品的物理性能，制品手感柔軟，也可稱為石油添加劑和稀有元素的萃取劑，并且還是阻燃橡膠輸送帶的主要阻燃材料，一般添加量為5%～10%。
3.用作添加型鹵代磷酸酯類阻燃劑和增塑劑。分子中同時含磷和氯，阻燃效果顯著，不易揮發(fā)及水解，對紫外線穩(wěn)定性好。適用于酚醛樹脂、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯、聚氨酯等。也用作硝酸纖維素涂料的阻燃劑、聚氯乙烯阻燃性增塑劑、金屬萃取劑、汽油添加劑及聚酰亞胺加工助劑等。能夠改善耐水性、耐候性、耐寒性、抗靜電性。參考用量5%～20%.
八（ 氨基苯基）籠型倍半硅氧烷的化學修飾功能。此外，課題組采用八（氨基苯基）籠型倍半硅氧烷對ＧＯ進行表面修飾并將ＧＯ還原為ｒＧＯ，并將得到的ＯａｐＰＯＳＳ－ｒＧＯ添加到環(huán)氧樹脂中提高其火安全性。
研究表明：當ＯａｐＰＯＳＳ－ｒＧＯ的質量分數(shù)為２．０％時，環(huán)氧樹脂的熱降解起始溫度增加了４３℃，并且熱釋放速率峰值減小了４９％，總熱釋放速率減小了３７％，ＣＯ釋放速率減小了５８％。
過渡金屬負載的化學修飾功能。聚合物阻燃技術領域的研究表明，部分過渡金屬具有催化炭化和捕獲自由基的作用，有利于提高聚合物的熱穩(wěn)定性和阻燃性能。
因此，將過渡金屬負載在石墨烯上，可能比單純的石墨烯具有更好的熱穩(wěn)定性和火安全性能。胡源教授和宋磊教授通過“一步法”，在ＧＯ表面負載了Ｎｉ－Ｆｅ層狀雙氫氧化物，并同時將ＧＯ還原為ｒＧＯ。
然后，他們將Ｎｉ－Ｆｅ層狀雙氫氧化物／ｒＧＯ作為阻燃劑添加到ＥＰ中提高其熱穩(wěn)定性和火安全性能。研究表明：當Ｎｉ－Ｆｅ層狀雙氫氧化物／ｒＧＯ的質量分數(shù)為２．０％時，Ｎｉ－Ｆｅ層狀雙氫氧化物／ｒＧＯ－ＥＰ納米復合材料的熱降解起始溫度提高了２５℃。
石墨烯阻燃劑作為新型的阻燃介質，性能優(yōu)異，擁有廣闊的市場前景。目前，雖然無法實現(xiàn)規(guī)模產業(yè)化大規(guī)模生產，但隨著科技及工業(yè)化的發(fā)展，新的制備及工藝方法的完善，石墨烯阻燃劑將得到更為廣泛的應用。
石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp2雜化方式形成的蜂窩狀平面薄膜，是一種只有一個原子層厚度的準二維材料，所以又叫做單原子層石墨。它的厚度大約為0.335nm，根據(jù)制備方式的不同而存在不同的起伏，通常在垂直方向的高度大約1nm左右，水平方向寬度大約10nm到25nm，是除金剛石以外所有碳晶體（零維富勒烯，一維碳納米管，三維體向石墨）的基本結構單元。
很早之前就有物理學家在理論上預言，準二維晶體本身熱力學性質不穩(wěn)定，在室溫環(huán)境下會迅速分解或者蜷曲，所以其不能單獨存在。直到2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，用微機械剝離法成功從石墨中分離出石墨烯，證實它可以單獨存在，對于石墨烯的研究才開始活躍起來，兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。
文章版權：張家港雅瑞化工有限公司
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