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石墨烯阻燃剂
| 来源：邵君( 先生，国内国际部经理 ) 发布时间：2017-9-5 12:05:29 |
石墨烯阻燃剂具有良好的化学活性，可以与特定结构或功能的目标化合物发生化学反应，从而对其表面进行化学修饰达到改变物理和化学性质，开拓一条提高热稳定性和火安全性能的新型绿色环保技术路线。
石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法，薄膜生产方法为化学气相沉积法（CVD）。由于其十分良好的强度、柔韧、导电、导热、光学特性，在物理学、材料学、电子信息、计算机、航空航天等领域都得到了长足的发展。
作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。
石墨烯是目前已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，且可以弯曲，石墨烯的理论杨氏模量达1.0TPa，固有的拉伸强度为130GPa。而利用氢等离子改性的还原石墨烯也具有非常好的强度，平均模量可大0.25TPa。由石墨烯薄片组成的石墨纸拥有很多的孔，因而石墨纸显得很脆，然而，经氧化得到功能化石墨烯，再由功能化石墨烯做成石墨纸则会异常坚固强韧。
中国科学技术大学的胡源教授和宋磊教授的课题组在热稳定性和火安全性能方面进行了详细的研究。他们采用六氯环三磷腈和丙烯酸羟乙酯对ＧＯ进行表面修饰，并将修饰后得到的功能性石墨烯（ＦＧＯ）添加到聚苯乙烯（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ，ＰＳ）中提高其自身的热稳定性和火安全性。
其中，六氯环三磷腈是一种磷－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的燃烧；此外，ＧＯ的独特二维层状结构是一个天然的物理屏障，可以有效地延缓热量的传递、热解产物的扩散与逸出以及氧气的扩散与混合，进而增强ＰＳ的火安全性。而丙烯酸羟乙酯可以将Ｃ＝Ｃ键引入到ＧＯ中，使ＧＯ与ＰＳ进行原位固化，增强了ＧＯ与ＰＳ的界面相互作用，进而提高材料的热稳定性。
研究结果表明，纯ＰＳ材料经过燃烧后，其表面没有ｃｈａｒ形成。当将ＦＧＯ掺杂到ＰＳ中，ＦＧＯ－ＰＳ纳米复合材料经过燃烧后其表面形成了ｃｈａｒ，并且随着ＦＧＯ质量分数的增加，ｃｈａｒ的数量逐渐增加。
当ＦＧＯ的质量分数为３％时，ＦＧＯ－ＰＳ纳米复合材料表面形成了一层连续的致密的ｃｈａｒ，表明３％ＦＧＯ－ＰＳ纳米复合材料具有优异的火安全性，具体体现在：ＣＯ释放速率峰值比纯ＰＳ减小了６６％，ＣＯ２释放速率峰值减小了５４％，热释放速率峰值减小了５３％，总热释放速率减小了３８％。
中文名称：磷酸三(2-氯乙基)酯,三(2-氯乙基)磷酸酯(TCEP)
英文名称：Tris(2-chloroethyl) phosphate
中文别名：三氯乙基磷酸酯阻燃增塑剂;;磷酸三(β-氯乙酯);2-氯乙基磷酸双(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号：204-118-5
分 子 式：C6H12Cl3O4P
分 子 量：285.4898
磷酸三(2-氯乙基)酯(阻燃剂TCEP)用途
1.磷酸三(2-氯乙基)酯具有极佳的阻燃性，优良的抗低温性及抗紫外线性，其蒸气只能在225℃以上用明火直接点燃方可燃烧，但移走火源则即刻自熄。以本品为阻燃剂不但可提高被阻燃材料的材料级别，而且可改善阻燃材料的耐水性、耐酸性、耐寒性及抗静电性。常用于阻燃以硝基纤维和醋酸纤维为基材的油漆涂料，不饱和聚酯、聚氨酯、丙烯酸酯、酚醛树脂等，也可用于软质聚氯乙烯的增塑阻燃剂。本品用于不饱和聚酯添加量为10%～20%，在聚氨酯硬泡沫塑料(以阻燃聚醚为原料)中可为10%左右，在软质聚氯乙烯中用作辅助增塑阻燃剂时为5%～10%。阻燃剂、铀、钍、钚、锝等稀有金属的分离溶剂或萃取剂。
2.本品广泛用于化纤织物、醋酸纤维素作阻燃剂，除具有自熄性外，还可改善耐水性、耐寒性及抗静电性。一般用量5～10份。本品为合成材料的优良阻燃剂，兼具有良好的增型作用，广泛用于醋酸纤维素、硝基纤维清漆、乙基纤维素、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯、聚氨酯、酚醛树脂等，所制得的产品除具有自熄性外，还可改善制品的物理性能，制品手感柔软，也可称为石油添加剂和稀有元素的萃取剂，并且还是阻燃橡胶输送带的主要阻燃材料，一般添加量为5%～10%。
3.用作添加型卤代磷酸酯类阻燃剂和增塑剂。分子中同时含磷和氯，阻燃效果显著，不易挥发及水解，对紫外线稳定性好。适用于酚醛树脂、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯、聚氨酯等。也用作硝酸纤维素涂料的阻燃剂、聚氯乙烯阻燃性增塑剂、金属萃取剂、汽油添加剂及聚酰亚胺加工助剂等。能够改善耐水性、耐候性、耐寒性、抗静电性。参考用量5%～20%.
八（ 氨基苯基）笼型倍半硅氧烷的化学修饰功能。此外，课题组采用八（氨基苯基）笼型倍半硅氧烷对ＧＯ进行表面修饰并将ＧＯ还原为ｒＧＯ，并将得到的ＯａｐＰＯＳＳ－ｒＧＯ添加到环氧树脂中提高其火安全性。
研究表明：当ＯａｐＰＯＳＳ－ｒＧＯ的质量分数为２．０％时，环氧树脂的热降解起始温度增加了４３℃，并且热释放速率峰值减小了４９％，总热释放速率减小了３７％，ＣＯ释放速率减小了５８％。
过渡金属负载的化学修饰功能。聚合物阻燃技术领域的研究表明，部分过渡金属具有催化炭化和捕获自由基的作用，有利于提高聚合物的热稳定性和阻燃性能。
因此，将过渡金属负载在石墨烯上，可能比单纯的石墨烯具有更好的热稳定性和火安全性能。胡源教授和宋磊教授通过“一步法”，在ＧＯ表面负载了Ｎｉ－Ｆｅ层状双氢氧化物，并同时将ＧＯ还原为ｒＧＯ。
然后，他们将Ｎｉ－Ｆｅ层状双氢氧化物／ｒＧＯ作为阻燃剂添加到ＥＰ中提高其热稳定性和火安全性能。研究表明：当Ｎｉ－Ｆｅ层状双氢氧化物／ｒＧＯ的质量分数为２．０％时，Ｎｉ－Ｆｅ层状双氢氧化物／ｒＧＯ－ＥＰ纳米复合材料的热降解起始温度提高了２５℃。
石墨烯阻燃剂作为新型的阻燃介质，性能优异，拥有广阔的市场前景。目前，虽然无法实现规模产业化大规模生产，但随着科技及工业化的发展，新的制备及工艺方法的完善，石墨烯阻燃剂将得到更为广泛的应用。
石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。它的厚度大约为0.335nm，根据制备方式的不同而存在不同的起伏，通常在垂直方向的高度大约1nm左右，水平方向宽度大约10nm到25nm，是除金刚石以外所有碳晶体（零维富勒烯，一维碳纳米管，三维体向石墨）的基本结构单元。
很早之前就有物理学家在理论上预言，准二维晶体本身热力学性质不稳定，在室温环境下会迅速分解或者蜷曲，所以其不能单独存在。直到2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，对于石墨烯的研究才开始活跃起来，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
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