我院阻燃材料研究团队取得系列研究进展

图2 ACS@NiCo₂(CO₃)_1.5(OH)₃杂化材料的合成及在PVC中的阻燃研究

碳基微球作为一种新兴的碳材料，由于其制备成本低，热稳定性高，阻隔效果好以及独特的吸附性，已逐渐应用于阻燃聚合物中。高度石墨化的碳基微球不仅可以充当保护性炭层来减少PVC燃烧过程中质量和热量的传递，还可以作为催化剂，加快PVC释放氯化氢的速度。此外，碳基微球具有较大的比表面和丰富的官能团，如羧基、羟基、酚、内酯和醚。基于此，碳基微球可以负载兼具气相和凝聚相机理的NiCo₂(CO₃)_1.5(OH)₃来进一步催化PVC脱水交联形成芳炭，减少气态可燃物的产生，达到阻燃抑烟的目的。然而，这种纯无机杂化材料与基材相容性差，易于在聚合物中团聚，从而导致基体力学性能的降低。因此，如何保持碳基杂化材料的高效阻燃性能，同时提高这种阻燃剂与基体的相容性，扩大其应用领域值得关注。据报道，有机-无机杂化材料具有形成互补或协同效应的作用，在改善聚合物复合材料的力学性能和阻燃性能方面具有独特的优势。有机改性是在无机杂化材料的表面或边界上吸附一些有机小分子。这些小分子可以充当无机材料和聚合物基材之间的桥梁，从而提高聚合物的综合性能。值得注意的是，含有阻燃元素N，P，F的咪唑基离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体（[BMIM] PF₆）由于极性强可以吸附在无机杂化材料的表面上。最重要的是，[BMIM] PF₆的烷基可以与PVC碳链上的连接点相互作用，增强聚合物的柔软性。因此，将[BMIM] PF₆和碳基微球杂化材料结合起来用于PVC材料，提高材料的阻燃、抑烟和力学性能。相关研究成果发表在Composites Part B-Engineering (DOI：10.1016/j.compositesb.2019.107543.)，硕士生王永会为第一作者，屈红强教授、徐建中教授为共同通讯作者，河北大学为第一完成单位。

Journal of Hazardous Materials是Elsevier旗下环境科学与生态学顶级期刊，中科院分区大类一区Top期刊，最新影响因子7.91。Composites Part B-Engineering是Elsevier旗下工程技术领域顶级期刊，中科院分区大类一区Top期刊，最新影响因子7.39。