石墨烯-水性聚氨酯阻燃納米復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、水性聚氨酯(WPU)作為一種具有優(yōu)良性能的涂飾高分子材料已經(jīng)在木器、皮革、纖維、紡織品、塑料制品等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。但是它們?cè)谑褂眠^(guò)程中往往容易燃燒而對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重?fù)p失。目前阻燃WPU多為添加型，但是這些添加劑通常添加量很大才能獲得較好的阻燃性能，而且共混加入的阻燃成分極易造成聚氨酯乳液的不穩(wěn)定導(dǎo)致破乳或在WPU中產(chǎn)生沉淀。
　　為了解決上述難題，目前石墨烯的研究為我們提供了一條有效途徑，即利用氧化石墨烯(GO)納米片層

2、豐富的親水官能團(tuán)，使其很好的溶解于WPU基體中，解決了目前阻燃劑導(dǎo)致聚氨酯乳液不穩(wěn)定和破乳的問(wèn)題，然后在原位乳化法制備GO/WPU阻燃納米復(fù)合材料的基礎(chǔ)上，采用溶液自組裝的方法制備石墨烯/WPU阻燃納米復(fù)合材料，并對(duì)其性能進(jìn)行研究，具體內(nèi)容如下:
　　本文首先采用改進(jìn)的Hummers法對(duì)可膨脹石墨進(jìn)行加壓密閉氧化處理制備了氧化石墨烯(GO)，并利用傅里葉紅外光譜分析（FTIR）、X-射線衍射分析(XRD)、紫外可見(jiàn)吸收光譜(UV-

3、vis)和透射電鏡(TEM)對(duì)其進(jìn)行了表征。利用原位乳化法制備了氧化石墨烯/水性聚氨酯(GO/WPU)納米復(fù)合材料。研究了GO含量對(duì)GO/WPU納米復(fù)合材料的穩(wěn)定性、形態(tài)、熱降解性能和阻燃性能的影響。Zeta電位和掃描電鏡(SEM)的研究表明，GO在GO/WPU納米復(fù)合材料中具有良好的穩(wěn)定性和分散性。熱失重分析(TGA)結(jié)果表明，和純WPU相比，GO/WPU納米復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性略有降低，但800℃時(shí)含量2wt％GO的納米復(fù)合體系的殘?zhí)?/p>

4、量從0.99％增大到2.90％。錐形量熱儀(Cone)分析結(jié)果表明，隨著GO在GO/WPU納米復(fù)合材料中的含量增大，材料的阻燃抑煙性能逐漸增強(qiáng)。當(dāng)GO的含量為2wt％時(shí)，和純WPU相比，GO/WPU納米復(fù)合材料的峰值熱釋放速率(PHRR)、總釋放熱(THR)、總煙釋放(TSR)以及煙因子(SF)分別降低了34％、19％、27％和43％。
　　在上面的研究基礎(chǔ)上，我們采用溶液自組裝方法制得了石墨烯/水性聚氨酯(rGO/WPU)納米復(fù)

5、合材料，即利用水合肼對(duì)GO/WPU納米復(fù)合乳液進(jìn)行原位還原，得到穩(wěn)定性良好的rGO/WPU分散液，解決石墨烯分散性差的難題。另外我們還將GO用水合肼在水分散液中還原成石墨烯(GNs)，然后將其與WPU共混得到GNs/WPU溶液。利用Zata電位、SEM、萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)、DMA、TGA和Cone研究了GNs含量以及rGO含量對(duì)GNs/WPU和rGO/WPU納米復(fù)合材料的穩(wěn)定性、形態(tài)、機(jī)械性能、熱降解性能和阻燃性能的影響。結(jié)果表明，和純WP

6、U相比，GNs/WPU和rGO/WPU納米復(fù)合材料的機(jī)械性能和阻燃性能都有很大程度的提高，但是在石墨烯分散性、乳液穩(wěn)定性、機(jī)械性能以及阻燃性上，共混法制備的GNs/WPU材料都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如原位乳化還原法制備的rGO/WPU納米復(fù)合材料。當(dāng)rGO含量為2％時(shí)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度比純WPU的拉伸強(qiáng)度(2.66MPa)提高了727.1％，PHRR降低了22％。且當(dāng)rGO含量?jī)H為1％時(shí)，rGO/WPU復(fù)合材料的總煙釋放以及煙因子就分別降低了25％和