暨南大学纳米生物材料研究中心
Nanobiomaterials Research Center of Jinan University

二合一:具有高阻燃性和染料吸附性的纳米管涂覆改性聚氨酯海绵——实验室第52篇论文

近日,实验室在Macromolecular Materials and Engineering上发表题为“Two in One: Modified Polyurethane Foams by Dip-Coating of Halloysite Nanotubes with Acceptable Flame Retardancy and Absorbency”的研究文章。刘明贤老师是该文通讯作者,硕士研究生吴帆为第一作者。

聚氨酯海绵(PUF)易于燃烧,这限制了其在许多领域的实际应用。本工作通过简单的浸涂法改善了PUF的阻燃性能。埃洛石纳米管(HNTs)涂层可以通过氢键相互作用均匀地结合到PUF表面,通过元素分布图和X射线光电子能谱得到证实。随着HNTs悬浮液浓度的增加,改性PUF的密度和力学性能增加,而海绵的孔隙率随着HNTs含量的增加而降低。复合材料中HNTs与PUF的重量比可高达65.2%。在HNTs涂覆后,PUF的表面从疏水性转变为超亲水性,并且在HNTs涂覆后水接触角从116°降低至0°。该复合材料在高性能聚合物和功能复合材料中具有巨大潜力。

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图1. HNTs涂覆聚氨酯泡沫的制备示意图

PUF是一种能够有效去除污水中的染料,金属离子和其他有毒物质的吸附材料。与未改性的海绵相比,PUF复合材料显示出更高的吸附能力。为了研究PUF的染料吸附能力,将PUF浸入MB的水溶液中一段时间。结果表明,HNTs-PUF处理的MB溶液的颜色随时间变浅,而PUF处理的MB溶液的颜色没有显着变化(图2)。吸附后MB溶液吸收带消失,离心后的MB溶液完全透明。与未改性的PUF相比,HNTs-PUF的吸附量从0.02 mg/g增加到0.15 mg/g,吸附效率从14%增加到98%。这是因为HNTs具有高比表面积的管状结构,这对于提高染料吸附性能至关重要。这表明HNTs-PUF可能用于污水处理等领域。

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图2. PUF和HNTs-PUF在不同时间的吸附过程照片


PUF和HNTs-PUF水中吸附染料的视频

对PUF样品进行明火试验以评价其阻燃性。将PUF样品暴露于丁烷火炬10秒钟,然后监测直至火焰熄灭(图3)。未改性的PUF快速燃烧,产生烟雾,并发生熔化和滴落。然而,HNTs-PUF可以自动熄灭,并且随着HNTs浓度的增加,阻燃效果更好。此外,添加HNTs涂层可减少烟雾排放,同时还不会产生可能点燃其他易燃材料的油滴。 HNTs涂层通过提供绝缘屏障来防止PUF的热降解,并防止易燃的降解材料溢出到火焰区中。由于没有燃料可以燃烧,火焰最终熄灭。HNTs的含铝氢氧化物可以在高温下释放水,这是一个吸热过程,释放水蒸气稀释可燃气体并抑制释放有毒烟雾,从而增加PUF的阻燃性。

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图3. PUF和HNTs-PUF的火炬燃烧测试图像。暴露于火焰前(A); 暴露在火焰中5秒时(B); 移除火焰(C); 取下火焰5秒时(D); 自动熄灭(E


PUF和HNTs-PUF的火炬燃烧视频

本工作已经申请中国发明专利(专利号:2018114959233),项目获得暨南大学2019互联网+大学生创新大赛三等奖。



文章链接:

https://doi.org/10.1002/mame.201900213







文章分类: 新闻动态
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