江南大学《ACS AMI》：环氧树脂/石墨烯气凝胶复合材料，用于高性能生物基阻燃多用途环氧树脂

成果简介

香兰素作为一种木质素衍生的单芳香族化合物，由于其作为合成不同生物基聚合物的中间体的特殊作用而受到越来越多的关注。本文，江南大学杨伟军副研究员在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Design of Intrinsically Flame-Retardant Vanillin-Based Epoxy Resin for Thermal-Conductive Epoxy/Graphene Aerogel Composites”的论文，研究设计了具有阻燃和导热的香草醛基环氧/石墨烯气凝胶（GA）复合材料。

首先，通过香草醛与4, 4′-二氨基二苯基甲烷和DOPO偶联合成双官能酚中间体（DN-bp），并通过与DN-bp和环氧氯丙烷的环氧化反应获得环氧单体（MEP）。然后，将不同量的 MEP 和双酚 A (DER) 的二缩水甘油醚混合并固化。有趣的是，在30 wt%MEP下，弯曲强度和模量分别从72.8MPa 和1.3GPa大大提高到90.3MPa 和2.8GPa，由于MEP的刚性和强大的分子间N-H氢键相互作用。同时，固化后的环氧树脂达到UL-94 V0等级，P含量低至1.06%。然后将阻燃香草醛基环氧树脂浸渍到导热3D GA网络中。获得的环氧树脂/石墨烯复合材料表现出优异的阻燃性和导热性 [λ = 0.592 W/(m·K)]，系统中只有0.5 wt%的石墨烯。基于这些结果，本文将代表一种制备高性能生物基阻燃多用途环氧树脂的新解决方案。

图文导读

方案1. DN-bp的合成路线

方案2. MEP的合成路线

图1. 香草醛、DOPO、DN-bp和MEP的FTIR 光谱。

方案3. 固化 DER/MEP-DDM 系统的固化过程

图2. (a) 不同 DER/MEP 比的固化环氧树脂的 LOI 值；(b) 固化的 DER-DDM 和 DER/MEP (8:2)-DDM 环氧树脂的 THR 和 (c) HRR；具有各种磷负载 (d) DER-DDM 的固化环氧树脂垂直燃烧的数字照片；(e) DER/MEP (9:1)-DDM；(f) DER/MEP (8:2)-DDM；(g) DER/MEP (7:3)-DDM；(h) MEP-DDM。

图3. DER-DDM (a 1 , a 2 , a 3 ) 和 DER/MEP (8: 2)-DDM (b 1 , b 2 b 3 ) 分别燃烧前后的数码照片；DER-DDM (a 4 )和DER/MEP (8: 2)-DDM (b 4 )的SEM图像；(c1 –c4 ) DER/MEP (8:2)-DDM的SEM辅助EDS映射图像。

方案4、 EP阻燃机理示意图

图4. 环氧树脂/GA 复合材料的燃烧行为。

图9.组合物的 λ e与一些代表性出版物的比较

文献：https://doi.org/10.1021/acsami.1c19727