含磷石墨烯改性的高效阻燃、隔热、吸音聚氨酯泡沫

1成果简介

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

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

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。

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。

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。

图5. D-GO/PUF的阻燃机理示意图。

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。

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：
https://doi.org/10.1021/acsapm.3c02706

来源：材料分析与应用