桂林理工大学Chuanbai Yu和四川大学–在氧化石墨烯上生长有机磷酸铜纳米片以提高环氧树脂的防火安全性和机械强度

随着电子产品在我们日常生活中的普及，高性能环氧树脂(EP)因其具有优异的阻燃性、抑烟性和机械强度，在应用中得到了极大的需求。在本研究中，通过基于配位键合和静电相互作用的自组装工艺，有机磷酸铜纳米片均匀地生长在氧化石墨烯(GO)表面。所制备的纳米杂化材料具有良好的阻燃效果和优异的力学性能。加入1wt %负载的功能化纳米片，与1% EP- GO相比，EP纳米复合材料的冲击强度提高了147%。此外，纳米片抑制了EP的烟和热释放，EP- EGOPC的极限氧值达到~29%。机理分析表明，与氧化石墨烯物理屏障相关的有机磷和含铜组分的存在促进了焦层的杂化芳构化，从而提高了环氧基体的防火安全性。本研究为在聚合物中设计具有良好界面相容性和高阻燃效率的功能纳米片提供了一种新的界面方法。

图1. EGOPC的XPS高分辨率光谱C_1s (a)、P_2p (b)和Cu_2p (c);GO和EGOPC的FTIR光谱(d)和XRD谱图(e); C(g)、Cu(h)、O (i)、P (j)和N (k)的元素映射;GO(1)和EGOPC (m, n, o)的SEM显微图;EGOPC制备原理图(p)。

图2. EP及其纳米复合材料的TGA (a)和DTG (b)曲线。

图3. EP (a)、1% EP- GO (b)、1% EP- EGOPC (c)、3% EP- EGOPC (d)、5% EP- EGOPC (e)断口形貌;EP及其纳米复合材料的存储模量和tan delta曲线(f);EP、1% EP-GO和含EGOPC的 EP的冲击强度(g)、弯曲强度(h)和拉伸强度(i)。

图4. 环氧热固性树脂和EP-EGOPCs的HRR (a)、THR (b)、SPR (c)、TSP (d)和COP (e)曲线。

图5. EP-EGOPC残焦的XPS测量光谱(a)及C (b)、O (c)和Cu (d)的高分辨率光谱; CC测试后EP (e)、1%6 EP-EGOPC (f)、3% EP- EGOPC (g)、5% EP- EGOPC (h)残焦的拉曼曲线; CC测试后EP (i)， 1% EP- EGOPC (j)，3% EP- EGOPC (k)， 5% EP- EGOPC (l)残焦的SEM图像。

图6. EP和3% EP- EGOPC复合材料热降解挥发物3D图(a和b);EP和3% EP- EGOPC在选定温度下释放气体的FT-IR光谱(c和f);选定挥发物在EP复合材料热降解过程中的吸收强度随时间的变化(d, e, g, h, i)。

相关研究成果由桂林理工大学材料科学与工程学院、有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室、广西光电材料与器件重点实验室Chuanbai Yu和四川大学化学学院、环保型高分子材料国家地方联合工程实验室Hai-Bo Zhao等人于2023年发表在Chemosphere (https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.137047)上。原文：Growth of copper organophosphate nanosheets on graphene oxide to improve fire safety and mechanical strength of epoxy resins。