以红磷杂化石墨烯为阻燃剂制备异氰酸酯基聚酰亚胺(PI)泡沫

高性能阻燃材料对控制火灾具有重要意义。然而,传统阻燃剂具有毒性,并且缺少满足现代应用的机械性质。中国科学院理化技术研究所耿建新研究员团队,以红磷杂化石墨烯为阻燃剂,制备了阻燃性优异、同时具有轻质和高机械强度等特性的异氰酸酯基聚酰亚胺(PI)泡沫,如图1所示。

以红磷杂化石墨烯为阻燃剂制备异氰酸酯基聚酰亚胺(PI)泡沫

石墨烯片和PI基体间的共价键为该聚合物泡沫提供了高杨氏模量(83 kNm kg-1),该值相当于或高于当前材料的最高水平(包括二氧化硅气凝胶、聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫等)。添加少量的红磷杂化石墨烯阻燃剂(2.2 wt%)就可以使该聚合物泡沫达到比通常聚合物阻燃材料更高的极限氧指数:通常聚合物阻燃材料的极限氧指数为20-30,该聚合物泡沫的为39.4。另外,该聚合物泡沫还具有和空气相当的绝缘性。

以上优异性能得益于红磷在石墨烯片表面的纳米分散,以及石墨烯片与聚合物基体间的共价键连接。值得指出的是,红磷杂化的石墨烯是通过一步球磨法制备的,产率为100%,不需要有机溶剂,没有废料产生。

制备以上聚合物泡沫所采用的原料和使用的技术具有工业兼容性,因此,该阻燃聚合物泡沫可实现工业放大制备。该研究成果以“Lightweight and Ultrastrong Polymer Foams with Unusually Superior FlameRetardancy”为题发表在ACS Appl.Mater.Interfaces上(2017,9,26392;DOI:10.1021/acsami.7b06282),并且取得了两项发明专利。该研究成果是耿建新研究员团队在高性能PI泡沫领域研究的一部分,前期研究成果发表在Chem.Mater.上(2015,27,4358;DOI:10.1021/acs.chemmater.5b00981)。以上研究成果为高性能阻燃聚合物泡沫材料的制备、石墨烯在聚合物复合材料中的高效利用奠定了基础。

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