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哈尔滨工程大学《ACS APM》:含磷石墨烯改性的高效阻燃、隔热、吸音聚氨酯泡沫
出处:材料分析与应用  录入日期:2024-02-01  点击数:1206

  1成果简介


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  聚氨酯泡沫(PUF)成本低、密度小、隔热性能优异,是应用最广泛的聚合泡沫。然而,由于声学和防火性能不佳,加上安全问题,其应用受到限制。本文,哈尔滨工程大学Shihui Han、Gaohui Sun等研究人员在《ACS Appl. Polym. Mater》期刊发表名为“Polyurethane Foam with High-Efficiency Flame Retardant, Heat Insulation, and Sound Absorption Modified By Phosphorus-Containing Graphene Oxide”的论文,研究介绍了含磷氧化石墨烯(D-GO-一种氧化石墨烯(GO)的衍生物--经设计和改性后可显著提高聚氨酯泡沫的性能。利用真空浸渍技术合成了D-GO复合 PUF(D-GO/PUF)。
  实验结果表明,与纯PUF相比,D-GO/PUF-3在火焰试验中的峰值热释放率(pHRR)和最大烟雾比光学密度(Ds max)分别降低了55.34% 和 45.18%。此外,D-GO/PUF-3的极限氧指数(LOI)比PUF高57.1%。此外,D-GO/PUF-2的平均吸音系数比PUF高245.45%。此外,D-GO/PUF复合材料还保持了其优异的隔热性能。这项研究为提高基于GO的填料的阻燃性能提供了一种战略方法,同时在聚合物泡沫的抑烟、吸音和降噪方面也取得了显著进步。
  2图文导读 


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  图1.(a) D-GO合成机理示意图。(b) D-GO/PUF 的制备过程示意图。


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  图2.(a) DMMP、GO 和 D-GO 的 FT-IR 光谱。(b) DMMP、GO和D-GO的TGA曲线。(c) PUF、GO/PUF 和 D-GO/PUF 的 TGA 曲线。(d) GO和D-GO的拉曼光谱。(e) GO和D-GO的XPS光谱。(f) D-GO的P 2p XPS光谱。


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  图3. 不同放大倍数下(a1-a3) GO 和 (b1-b3) D-GO 的扫描电镜图像。(c1-c3) GO 和 (d1-d3) D-GO 的 TEM 图像。(e) GO 的 STEM 图像和 C、O、P 的 EDX 元素图谱;(f) D-GO 的 STEM 图像和 C、O、P 的 EDX 元素图谱。


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  图4. (a) PUF、(b) GO/PUF-1 和 (c) D-GO/PUF-1 的实际燃烧数字照片。(d) PUF 和 D-GO/PUF 的 HRR 曲线、(e) THR 曲线、(f) Ds 曲线和 (g) LOI 值。


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  图5. D-GO/PUF的阻燃机理示意图。



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  图6:(a)不同时间 D-GO/PUF-1 和 PUF 的红外图像;(b)D-GO/PUF-1 和 PUF 的隔热性能图像;(c)PUF 和 D-GO/PUF 的导热系数。


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  图7. (a) PUF 和 D-GO/PUF 的吸声机理和吸声系数曲线。制备的 D-GO/PUF-2 与其他吸声材料在 (b) 2000 Hz;(c) 3000 Hz;(d) 4000 Hz;(e) 6000 Hz 时的吸声特性比较。
  3小结
  本文,通过GO表面羟基与DMMP之间的酯化反应,成功地改性了D-GO,增强了其热稳定性和阻燃性能。由此制得的复合聚氨酯(D-GO/PUF)具有优异的阻燃、抑烟、吸音和隔热性能。与纯PUF相比,D-GO/PUF的pHRR、THR 和 Ds max均有所降低,其中D-GO/PUF-3的阻燃和抑烟性能最为优异。与 PUF 相比,D-GO/PUF-3的pHRR和THR分别降低了 55.34%和26.48%。D-GO/PUF-3的最大Ds值为13.36,降低了45.18%。D-GO/PUF的LOI值随着 D-GO复合效率的提高而逐渐增加,D-GO/PUF-3的LOI值达到25.6%,比 PUF 高出 57.1%。因此,与 GO 相比,D-GO在燃烧过程中能更有效地保护 PUF 基材。随着 D-GO 复合效率的增加,D-GO/PUF的热导率也在降低;D-GO/PUF-3 的热导率仅为 0.030 W/(m K)。D-GO/PUF 在全频段的吸声效果有所改善,最高平均吸声系数为 0.76,与 PUF 相比提高了 245.45%。这项研究提供了一种方法来提高GO的阻燃效率,并为灭火和灭烟提供一种有效的阻燃填料。利用这种独特的 D-GO,获得了一种具有高效阻燃、隔热和吸音等特性的聚氨酯。
  文献:


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