成果简介
聚乙烯醇（PVA）气凝胶具有优异的环保性能，一直被认为可以取代不可降解的聚合物泡沫。然而，由于高易燃性、亲水性和较差的抗压性能，PVA气凝胶一直被排除在实用之外。本文，福州大学郑玉婴 教授、施永乾等研究人员在《J COLLOID INTERF SCI》期刊发表名为“A Facile Strategy for Constructing Lightweight, Fire Safety and Compression Resistance Poly(vinylalcohol) Aerogels with Highly-efficient Expansible Graphene Oxide/Layered Double Hydroxides Hybrid Synergistic Flame Retardant”的论文，研究通过冷冻干燥法和静电吸附阻燃剂法制备了具有防火安全性和耐压性能的PVA/可膨胀氧化石墨烯（EGO）/层状双氢氧化物（LDHs）（PGL）气凝胶。
气凝胶中的冰晶升华后形成大量树状孔道结构。同时，EGO和LDHs的复配使PGL气凝胶具有6.0917 MPa的高抗压强度（80%应变时）、19.16 m2/s2的高比模量和0.059 g/cm3的超低密度。特别是制备的PGL气凝胶的热释放量降低了55.4%，烟释放量降低了54.3%，极限氧指数达到31%。此外，LDHs还增强了与PVA/EGO的界面，从而改善了疏水性能。所提出的增强机理表明：
(1)EGO与PVA基体之间发生化学反应；
(2)PVA/EGO复合材料界面上的大量负电位点使LDHs片材易于吸附；
(3)EGO和LDHs中的含氧基团在燃烧过程中吸收了大量热量；
(4)气凝胶表面的致密炭渣起到了阻隔作用，抑制了烟气的产生，阻止了PVA基体的进一步燃烧。
因此，静电吸附作为一种简便的生产工艺为满足PVA气凝胶的抗压、阻燃、隔热、抑烟等要求奠定了基础。
图文导读
图1.气凝胶制造路线示意图。
图2：（a）PP、PG 和 PGL15 的 XPS 图谱；（b、c、d）分别为 PP、PG 和 PGL15 的 C1s XPS 图谱。
图3.(a)PP、PG、PGL5、PGL10、PGL15气凝胶的压缩应力-应变曲线；(b)PVA基材料的压缩模量与之前报道结果的比较；(c)PGL15气凝胶垂直压力测试的数字图像。
图4. (a)气凝胶的热导率；(b)PP和PGL15气凝胶在150℃板状加热器下加热的红外图像。
图5.锥形量热测试结果：（a）HRR；（b）THR；（c）SPR；（d）TSR；（e）PP、PG、PGL5、PGL10和PGL15气凝胶的TSP曲线；（f）不同含量PVA基复合材料的阻燃效率
图6.分别为PP、PG、PGL5、PGL10和PGL15气凝胶锥形量热试验后残炭的数字图像和SEM图像。
图7. (a）PP、PG和PGL15气凝胶的三维（3D）TG-傅立叶变换红外光谱；（b）最大失重率下挥发物的傅立叶变换红外光谱；PP、PG和PGL15气凝胶的吸光度（c）Gram-Schmidt，（d）3580 cm-1
图8. PGL气凝胶阻燃和抑烟机理。
小结
本研究采用冷冻干燥工艺制备了轻质PVA/EGO/LDHs气凝胶。在这里，由于EGO片材与PVA基体之间的化学反应，LDHs片材很容易通过形成氢键来固定孔隙结构，从而使抗压强度迅速提高。综上所述，PVA气凝胶可燃性的降低归因于EGO和LDHs片材在燃烧过程中的阻隔效应、炭化效应和热吸附能力。此外，吸附LDHs后，由于LDHs堵塞了大部分开孔通道，气凝胶的毛细管通透性得到改善，从而促进了PVA气凝胶在长期使用过程中的疏水性能。EGO的加入不仅促进了优异的炭化效果，而且为其他阳离子阻燃剂的静电吸附提供了位点，为进一步提高气凝胶优异的热稳定性、阻燃性和抗压性提供了光源。
文献：https://doi.org/10.1016/j.jcis.2023.07.028
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