2.2 無(wú)機(jī)阻燃劑改性石墨烯作為環(huán)氧阻燃劑 

無(wú)機(jī)納米技術(shù)是21世紀(jì)重要的技術(shù)之一，在許多領(lǐng)域帶來(lái)了重大創(chuàng)新。當(dāng)材料的尺寸減小到納米尺度時(shí)，通常表現(xiàn)出獨(dú)特的物理和化學(xué)特性，例如小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)。威海云山科技發(fā)現(xiàn)為了克服上述石墨烯單獨(dú)作為阻燃劑的缺點(diǎn)，可將無(wú)機(jī)納米材料與石墨烯復(fù)合，理論上既能減少阻燃劑用量，又能夠提高阻燃性能、加工性能和力學(xué)性能。此外，無(wú)機(jī)納米材料被認(rèn)為是環(huán)境友好的，因此，開(kāi)發(fā)無(wú)機(jī)納米材料摻雜復(fù)合阻燃劑具有特殊的意義。無(wú)機(jī)阻燃劑改性石墨烯中使用的無(wú)機(jī)納米材料主要包括層狀雙氫氧化物、金屬氧化物以及金屬鹽類(lèi)。 

層狀雙氫氧化物俗稱(chēng)水滑石，具有化學(xué)組分可調(diào)控性以及相應(yīng)的物理化學(xué)性能可調(diào)控性的特點(diǎn)。研究學(xué)者通過(guò)共沉淀的方法，將層狀雙氫氧化物沉積在石墨烯的片層上，層狀雙氫氧化物分解釋放出不燃?xì)怏w——水，同時(shí)生成對(duì)應(yīng)的金屬氧化物，促進(jìn)殘?zhí)康纳?，結(jié)合石墨烯凝聚相中的阻燃機(jī)制，提高了環(huán)氧樹(shù)脂的阻燃效率。Xin Wang等使用一步溶劑熱法制備了Ni-Fe層狀雙氫氧化物/石墨烯雜化材料，當(dāng)添加2.0wt%后，不僅提高了環(huán)氧樹(shù)脂的熱穩(wěn)定性，而且具有優(yōu)異的阻燃性能。TG-IR顯示LDH/graphene在燃燒過(guò)程中釋放不燃?xì)怏wCO2和H2O，在氣相中稀釋可燃?xì)怏w。殘?zhí)康腦PS和Raman分析表明LDH與graphene協(xié)同阻燃，在燃燒過(guò)程中促進(jìn)更穩(wěn)定炭層的生成。而金屬氧化物以及金屬鹽類(lèi)則主要是通過(guò)金屬氧化物或分解生成的金屬氧化物催化成碳的作用提高阻燃的效率。為了提高環(huán)氧樹(shù)脂的熱穩(wěn)定性、阻燃性能以及抑煙性能，Xin Wang等人制備了Co3O4-石墨烯和SnO2-石墨烯雜化材料，結(jié)果表明，石墨烯的勢(shì)壘效應(yīng)和金屬氧化物限制了聚合物鏈的遷移率導(dǎo)致熱穩(wěn)定性的提高，討論了抑煙的機(jī)制，是金屬氧化物的催化成碳效應(yīng)和石墨烯的吸附效應(yīng)的協(xié)同作用。Xiaowei Liu等人利用水熱法將羥基錫酸鋅均勻的負(fù)載于還原氧化石墨烯片層上，并作為環(huán)氧樹(shù)脂的阻燃劑和消煙劑，大大降低了熱釋放速率和煙釋放速率，其阻燃機(jī)制歸因于雜化材料的氣相和凝聚相的共同作用。

此外，研究學(xué)者將石墨烯與傳統(tǒng)阻燃劑APP相結(jié)合，通過(guò)復(fù)配的方式，增加環(huán)氧樹(shù)脂的阻燃性能劑力學(xué)性能。

2.3 有機(jī)阻燃劑改性石墨烯作為環(huán)氧阻燃劑 

用于環(huán)氧樹(shù)脂的有機(jī)阻燃劑主要分為鹵系阻燃劑和無(wú)鹵阻燃劑，其中前者阻燃效率高，但是在燃燒過(guò)程中容易釋放危害人類(lèi)健康的氣體，大部分鹵系阻燃劑被RoSH指令和WEEE指令嚴(yán)格控制。后者包括磷系、氮系、硅系阻燃劑，其阻燃效率較高，與環(huán)氧樹(shù)脂相容性良好。有機(jī)阻燃劑與石墨烯片上的官能團(tuán)相互作用，可以增加石墨烯層間距并抑制其聚集，從而增加其與聚合物基體的分散性和相容性。進(jìn)而導(dǎo)致更有利的機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性和阻燃性能。 

磷系阻燃劑主要是（DOPO）及其衍生物。DOPO分子含有一個(gè)活潑氫，前者易被取代，后者多與缺電子化合物反應(yīng)，結(jié)合石墨烯改性成為DOPO及衍生物-石墨烯復(fù)合阻燃劑。氮系阻燃劑一般與磷系阻燃劑復(fù)合構(gòu)成P-N體系，一方面含磷阻燃劑發(fā)泡生成一種玻璃化物質(zhì)覆蓋在可燃物表面，另一方面含氮阻燃劑分解生成不燃?xì)怏w，前者在凝聚相發(fā)揮作用，后者在氣相起到稀釋可燃?xì)怏w以及氧氣的作用。硅系阻燃劑主要是多面體低聚倍半硅氧烷（POSS）。POSS是由硅氧骨架組成的無(wú)機(jī)硅籠核，硅氧骨架由Si-O交替連接，外部連接R基團(tuán)（-OH、-NH2等）。R基團(tuán)可與環(huán)氧基團(tuán)反應(yīng)，促進(jìn)環(huán)氧固化中的交聯(lián)反應(yīng)，從而提高環(huán)氧基體的力學(xué)性能和阻燃性能。如：Yuezhan Feng等人以DOPO、APTS為原料，使用綠色的水熱和微波法，制備磷氮共摻雜rGO（PN-rGO）。復(fù)合材料在穩(wěn)定性、阻燃性和抑煙性方面均有顯著改善。各種有機(jī)物的改性賦予了石墨烯優(yōu)異的阻燃性能和力學(xué)性能，P、N、Si的聯(lián)合改性已成為有機(jī)改性阻燃劑的發(fā)展趨勢(shì)。