新型炭材料石墨烯在聚合物阻燃中的应用

摘 要：现如今，大部分的研究人员开始对新型炭材料进行系统的研究，这其中就包含了石墨烯在聚合物阻燃过程中的应用问题。天然的高分子材料自从被人们发现以来，石墨烯的概念也被人们的日常生活广泛的利用。本文主要阐述了石墨烯作为一种比较新型的助剂，这在改善聚合物阻燃性能、提高抗老化的相关特性方面都有着显著的效果，这就包括对炭层形成的促进作用。

关键词：石墨烯;聚合物;阻燃;机理;物理化学特性;

0 引言

自从19世纪末，我国已经进入了天然的高分子材料的化学改进阶段，例如对天然橡胶的硫化作用以及对于碳纤维的硝化作用等等。但是现如今，我国的科学家们已经成功的研制出了一种合成的高聚物，那就是酚醛树脂，这在一定程度上就标志着人类应用这种高聚物的开始。近年来，随着高聚物的开发、生产和应用，现阶段已经逐步的扩展到了科学研究的各个领域，这就意味着石墨烯的概念已经问世，由此就可以说明人类社会的发展自始至终是完全离不开聚合物的原材料的，并且这还意味着聚合物的材料也是受到其本身结构与成分的限制作用也是很难发挥出更大的作用。与此同时，这一点也就是传统的聚合物材料的阻燃性能往往也是比较差的，但是目前阶段人们所遇到的材料大部分都是可燃的，并且这也不能够在一些相对比较高温的环境当中代替一些金属性的材料，但是随着科学技术的进步，也会被人们所熟知。

1 石墨烯对聚合物阻燃性能的主要影响

从本质上来说聚合物的燃烧始终都是一种激烈复杂的氧化反应，因此只有当聚合物受热分解之后就会产生一种易于挥发的可燃性气体，并且还能够达到一定的浓度，当具有充足的养分的时候，那么就会燃烧的更旺。在生活当中比较常见的聚合物阻燃剂主要包括卤阻燃剂、膨胀型的阻燃剂、无机阻燃剂以及相应的纳米阻燃剂等等。然而作为新型炭材料的石墨烯在聚合物阻燃剂当中的燃烧就起了有效的起到阻燃以及隔热的作用，因此这就意味着含卤的阻燃剂在充分的燃烧过程中石墨烯能够发挥至关重要的作用，采取这样的方式效率也是比较高的、同时价格也是十分的便宜的，但是在充分燃烧的过程总会释放出大量的有毒和腐蚀性的烟气等等。但是对于膨胀型的阻燃剂在燃烧的过程中是能够在材料的表面形成一种具有隔热和隔氧等作用的炭质泡沫层，同时还具备着绿色环保的特点，这同样也是石墨烯发挥着巨大的作用，但是随着添加分量的不断增加，这与聚合物的相容性是比较差的。但是如果利用氢氧化铝和氢氧化镁等无机阻燃剂的使用过程中，这主要是起到稀释、隔热和吸热的作用，并且价格也十分的优惠、效率低，填充量也很大，这样在一定程度上能够极大地损害塑料的力学性能。由于纳米阻燃剂有着不同的阻燃机理，这主要包括捕捉聚合物当中的自由基，同时在聚合物当中也能够形成一定的“迷宫效应”，这能够有效的抑制小分子挥发物的扩散等等、抑制纳米阻燃剂的附近的聚合物链的运动，能够有效的使活性反应组成分的迁移会更加的困难，但是由于石墨烯中的碳原子结构比较稳定，随着温度的升高，活性并不能随之而增加，从而能够起到抑制燃烧的作用。因此，这也就意味着纳米阻燃剂在提高聚合物材料阻燃性能等方面有着十分巨大的优势，这种纳米结构的表面积比较大，热稳定性以及阻隔和阻燃的性能都是比较优异的，这也是阻燃领域材料重要的发展方向之一，石墨烯在聚合物阻燃方面也得到了日益广泛的重视程度。

2 石墨烯对聚合物抗老化性能的主要影响

聚合物往往在加工、贮存和使用的过程中是很容易发生老化的，这样在一定程度上就会导致聚合物老化的因素在系统上可以分为内外两种方面，内部的因素主要包括材料的组成成分、链结构和聚集状态以及材料的自身所含有的或者可以加工时以外附加的杂质等等;然而外部的因素是材料所使用的环境当中，主要包括光、热、氧气和水分等等因素。然而对于因此内外的这两种因素往往是能够相互作用和交替影响的，如果在这其中加入石墨烯的成分，由于其组成结构的稳定性较强，这样可以使其老化成为一个相对比较复杂的过程。但是为了能够有效的防止聚合物的老化作用，在通常情况下往往需要在聚合物当中添加一些稳定剂，例如一些光稳定剂、热稳定剂和抗氧剂等等，但是石墨烯因为其独特的性能和结构特点，目前已经成为了许多学者即将成为将其作为抗老化剂添加剂到相关的聚合物当中去。

3 结束语

总而言之，对于石墨烯在聚合物阻燃和抗老化功能的应用过程中，往往国内的一些学者无论是在理论方面还是在实践方面往往都能够取得一定的进展，因为从总体上来说，石墨烯在聚合物中具有良好的阻燃性和抗老化的作用，这里主要是受益于片层的阻隔作用，并且还能够促进聚合物形成的炭层能力，自由的清除能力，这就意味着这种材料必将会成为各个领域的广泛关注和应用。

参考文献：

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[3]刘世乡，杨俊龙，黄亚江，李光宪.石墨烯在聚合物阻燃与防老化应用中的研究进展[J].中国材料进展，2016，35 （11）：843-848.

作者简介：

屈晓兰（1988- ），女，江苏常熟人，本科，工程师，研究方向：新型碳材料。

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