反應(yīng)型氧化石墨的制備及其幾種聚合物納米復(fù)合材料的阻燃性能研究.pdf

1、本論文綜述了聚合物阻燃機(jī)理和技術(shù)、阻燃聚合物／層狀無機(jī)物納米復(fù)合材料以及氧化石墨(GO)和石墨烯的研究進(jìn)展，制備了GO和石墨烯，通過分子設(shè)計用含有阻燃元素的化合物以及含有可聚合官能團(tuán)的化合物對氧化石墨進(jìn)行表面改性，合成具有阻燃特性和反應(yīng)功能性的功能化氧化石墨(FGO)，然后通過原位聚合法制備聚合物/Gs(Gs是GO、石墨烯和FGO的統(tǒng)稱)納米復(fù)合材料，表征了Gs和聚合物/Gs納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能，對比研究不同類型的Gs的對聚合物納米

2、復(fù)合材料熱穩(wěn)定性能和阻燃性能的影響，探討Gs提高聚合物材料阻燃性能的機(jī)理，闡明石墨烯材料的層狀結(jié)構(gòu)與聚合物阻燃性能之間的本質(zhì)聯(lián)系，開拓了將阻燃元素引入氧化石墨，并應(yīng)用于阻燃領(lǐng)域的新途徑。主要研究工作如下：
　　 1．合成GO和石墨烯，通過分子設(shè)計，用二氯化磷酸苯酯和環(huán)氧丙醇對GO進(jìn)行表面改性，引入磷元素和環(huán)氧基團(tuán)，制備含環(huán)氧的功能化氧化石墨(FGO1);通過傅里葉變換紅外光譜、X射線光電子能譜和原子力顯微鏡對其進(jìn)行表征；通過原位

3、熱固化將GO、石墨烯和FGO1引入到環(huán)氧樹脂(EP)基體中制備納米復(fù)合材料。透射電子顯微鏡(TEM)研究表明了GO、石墨烯和FGO1在EP基體中形成均勻的分散。通過熱失重分析(TGA)和微型量熱儀(MCC)等研究納米復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和阻燃性能。TGA表明GO、石墨烯和FGO1促進(jìn)納米復(fù)合材料的炭化，降低材料的熱失重速率：MCC表明納米復(fù)合材料的總熱釋放量(THR)和熱釋放速率峰值(PHRR)均明顯下降。相比之下，石墨烯和FGO1比GO

4、具有更好的阻燃效果。當(dāng)含有5％的FGO1時，THR降低23.7%；含有5%的石墨烯時，PHRR降低43.9%。
　　 2．采用異佛爾酮二異氰酸酯和丙烯酸羥乙酯對GO進(jìn)行表面改性，制備含雙鍵可聚合的功能化氧化石墨(FGO2)?；贕O、石墨烯和FGO2，通過紫外光輻照和電子束輻照聚合制備了以環(huán)氧丙烯酸樹脂(EA)為基體的納米復(fù)合材料。TEM研究表明石墨烯和FGO2在EA基體中形成了均勻的分散，GO則形成了一定的團(tuán)聚狀態(tài)。納米復(fù)合材

5、料的體積電阻率和表面電阻率降低了6個數(shù)量級。TGA結(jié)果表明納米復(fù)合材料的熱解溫度有所提高，MCC結(jié)果表明納米復(fù)合材料的THR和PHRR明顯下降，體現(xiàn)出良好的阻燃效果，熱失重紅外聯(lián)用表明GO、石墨烯和FGO2可以降低熱解過程中氣體的生成，其中FGO2效果最為顯著。GO、石墨烯和FGO2具有自由基捕獲作用和片層阻隔作用，增強(qiáng)了阻燃效果和促進(jìn)炭層的形成，因此具有較好的阻燃效果。
　　 3．采用六氯環(huán)三磷腈、丙烯酸羥乙酯對GO進(jìn)行表面改

6、性，制備含磷腈含雙鍵可聚合的功能化氧化石墨(FGO3)，并通過原位本體聚合制備了以聚苯乙烯(PS)為基體的納米復(fù)合材料，研究了納米復(fù)合材料中FGO3的分散性、納米復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和阻燃性能。通過TEM研究了納米復(fù)合材料微結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明FGO3在PS基體中形成均勻的分散。TGA表明，F(xiàn)GO3降低了PS的熱解速率，提高了成炭量。MCC結(jié)果表明，F(xiàn)GO3降低了納米復(fù)合材料的熱釋放容量(HRC)，提高了PHRR對應(yīng)的溫度(TPHRR)，當(dāng)FG