高阻燃性和染料吸附性聚氨酯海綿

原標題:二合一:具有高阻燃性和染料吸附性的納米管涂覆改性聚氨酯海綿

近日,暨南大學劉明賢教授團隊在Macromolecular Materials and Engineering上發表題為“Two in One: Modified Polyurethane Foams by Dip-Coating of Halloysite Nanotubes with Acceptable Flame Retardancy and Absorbency”的研究文章。劉明賢老師是該文通訊作者,碩士研究生吳帆為第一作者。

聚氨酯海綿(PUF)易于燃燒,這限制了其在許多領域的實際應用。本工作通過簡單的浸涂法改善了PUF的阻燃性能。埃洛石納米管(HNTs)涂層可以通過氫鍵相互作用均勻地結合到PUF表面,通過元素分布圖和X射線光電子能譜得到證實。隨著HNTs懸浮液濃度的增加,改性PUF的密度和力學性能增加,而海綿的孔隙率隨著HNTs含量的增加而降低。復合材料中HNTs與PUF的重量比可高達65.2%。在HNTs涂覆后,PUF的表面從疏水性轉變為超親水性,并且在HNTs涂覆后水接觸角從116°降低至0°。該復合材料在高性能聚合物和功能復合材料中具有巨大潛力。

阻燃聚氨酯泡沫材料

圖1. HNTs涂覆聚氨酯泡沫的制備示意圖

PUF是一種能夠有效去除污水中的染料,金屬離子和其他有毒物質的吸附材料。與未改性的海綿相比,PUF復合材料顯示出更高的吸附能力。為了研究PUF的染料吸附能力,將PUF浸入MB的水溶液中一段時間。結果表明,HNTs-PUF處理的MB溶液的顏色隨時間變淺,而PUF處理的MB溶液的顏色沒有顯著變化(圖2)。吸附后MB溶液吸收帶消失,離心后的MB溶液完全透明。與未改性的PUF相比,HNTs-PUF的吸附量從0.02 mg/g增加到0.15 mg/g,吸附效率從14%增加到98%。這是因為HNTs具有高比表面積的管狀結構,這對于提高染料吸附性能至關重要。這表明HNTs-PUF可能用于污水處理等領域。

吸油聚氨酯泡沫

圖2. PUF和HNTs-PUF在不同時間的吸附過程照片

PUF和HNTs-PUF水中吸附染料的視頻

對PUF樣品進行明火試驗以評價其阻燃性。將PUF樣品暴露于丁烷火炬10秒鐘,然后監測直至火焰熄滅(圖3)。未改性的PUF快速燃燒,產生煙霧,并發生熔化和滴落。然而,HNTs-PUF可以自動熄滅,并且隨著HNTs濃度的增加,阻燃效果更好。此外,添加HNTs涂層可減少煙霧排放,同時還不會產生可能點燃其他易燃材料的油滴。 HNTs涂層通過提供絕緣屏障來防止PUF的熱降解,并防止易燃的降解材料溢出到火焰區中。由于沒有燃料可以燃燒,火焰最終熄滅。HNTs的含鋁氫氧化物可以在高溫下釋放水,這是一個吸熱過程,釋放水蒸氣稀釋可燃氣體并抑制釋放有毒煙霧,從而增加PUF的阻燃性。

阻燃聚氨酯

圖3. PUF和HNTs-PUF的火炬燃燒測試圖像。暴露于火焰前(A); 暴露在火焰中5秒時(B); 移除火焰(C); 取下火焰5秒時(D); 自動熄滅(E)

PUF和HNTs-PUF的火炬燃燒視頻

本工作已經申請中國發明專利(專利號:2018114959233),項目獲得暨南大學2019互聯網+大學生創新大賽三等獎。

文章鏈接:Two in One: Modified Polyurethane Foams by Dip‐Coating of Halloysite Nanotubes with Acceptable Flame Retardancy and Absorbency

以上內容轉自:劉明賢教授課題組網頁,僅供參考學習。