成果简介
本文， 北京化工大学林彦军、Guoli Fan等研究人员在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊发表名为“Hierarchical Nano/Micro-Array Structured CuMgAl-LDH/rGO Hybrids for Remarkably Improved Flame Retardancy and Smoke Suppression Performance of Flexible Polyvinyl Chloride”的论文，研究探索了层状双氢氧化物（LDHs）与还原氧化石墨烯（rGO）的合理整合，以创建分层纳米/微阵列结构的铜镁铝-LDH/rGO 杂化物，从而提高聚合物纳米复合材料的阻燃性和抑烟性能。
结果表明，G-CuMgAl/聚氯乙烯（PVC）复合材料的极限氧指数（LOI）值达到了 35.8%，与原始 PVC（29.4%）相比提高了 6.4%，并达到了 UL-94 V-0 等级。此外，与原始 PVC 相比，G-CuMgAl/PVC 复合材料的峰值放热率（PHRR）显著降低了 40.2%；总放热率（THR）降低了 24.3%；最大平均放热率（MARHE）降低了 41.6%；峰值发烟量（PSPR）降低了 37.8%；总发烟量（TSP）降低了 31.3%；平均有效燃烧热（av-EHC）降低了 15.2%。阻燃性能的增强和烟雾产生量的减少主要归功于高度分散的成分和纳米/微结构之间的多重协同作用，它们有效地阻碍了来自不同方向的热量、质量和氧气的传递，同时通过在凝结相中形成迂回路径，阻止了底层基质的进一步燃烧。此外，这项研究还为设计和合成结构化 LDHs/rGO 混合物提供了一个新的视角，有望提高各种聚合物材料的阻燃性和抑烟性能。
图文导读
方案1.CuMgAl-LDH/rGO杂化添加剂与G-CuMgAl/PVC复合材料的合成工艺。
图1.不同样品的XRD图谱 （A）、GO的C1s XPS 和 CuMgAl-LDH/rGO （B）、GO的 SEM图像 （C） 和 CuMgAl-LDH/rGO （D）。
图2.（A） CuMgAl/PVC 和 （B） G-CuMgAl-PVC 复合材料的TEM 图像。
图3.原始 PVC 和 PVC 复合材料的拉伸强度和断裂伸长率。
图4.测试后残余碳的 SEM 图像
图5.SPR 和 TSP 曲线 （A）、MLR 和 ML 曲线 （B）、CO 生成速率曲线 （C） 和 CO2不同样品的生产率曲线 （D）：PVC （a）、MgAl/PVC （b）、CuAl/PVC （c）、CuMgAl/PVC （d）、G-CuMgAl/PVC （e）。
图6.3D 红外光谱 （A， E）、选定温度下热解气体产物的红外光谱 （B， F）、软质 PVC 和 G-CuMgAl/PVC 的 TG 曲线和总吸光度曲线 （C， G） 以及 HCl、PA 和烷基随温度变化的强度曲线 （D， H）。
方案2.CuMgAl-LDH/rGO 阻燃和抑烟机理的图解图
小结
本研究设计并合成了一种分层纳米/微阵列结构的 CuMgAl-LDH/rGO 混合物，以增强聚氯乙烯的阻燃和抑烟性能。结构化 CuMgAl-LDH/rGO 杂化物的 “迷宫 ”效应可有效阻碍来自多个方向的热量、质量和氧气的传递，从而阻止底层基质的进一步燃烧。金属成分之间的合成相互作用提高了对易燃和有毒气体的吸附能力，并催化了碳质涂层的形成。成分和纳米/微结构之间的多重协同作用使 G-CuMgAl/PVC 的 PHRR、THR、MARHE、PSPR、TSP 和 avEHC 分别降低了 40.2%、24.3%、41.6%、37.8%、31.3% 和 15.2%。G-CuMgAl/PVC 复合材料的炭残渣含量高达 17.5%，比原始 PVC 高出 3.6%。这项研究为合理设计和合成基于 LDHs/rGO 的纳米/微结构多功能添加剂提供了一种简便的方法，预计这些添加剂将在各种易燃聚合物，尤其是 PVC 功能材料中展现出巨大的应用潜力。
文献：https://doi.org/10.1021/acsami.4c09430
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