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    聚乳酸/MoS2/碳納米管復合材料的增強熱性能

    2020.11.27

    【引言】

    傳統石油基商品樹脂在各種應用中的大量使用,導致其生態足跡不可避免地上升。為了抵消這種影響,人們開發了各種新型的環??缮锝到饩酆衔?。聚乳酸具有生物可降解性、低溫室氣體排放和低產能等優點,目前已成為傳統高分子材料的主要替代材料之一。




    【成果介紹】

    本研究利用金屬氧化物(MxOy)納米顆粒對少層二硫化鉬(MoS2)進行功能化處理,在化學氣相沉積(CVD)過程中作為碳納米管(CNT)生長的催化劑。所制備的MoS2/MxOy/CNT功能化納米材料用于聚乳酸(PLA)的阻燃應用。采用雙螺桿擠出機對復合材料進行了擠出,并對復合材料的質量分數進行了研究。對所得復合材料進行了完整的形貌表征,并詳細分析了所獲得的復合材料相對于原始PLA和含有復合材料添加劑的PLA的防火性能。添加MoS2/MxOy/CNT的樣品在熱解過程中的二氧化碳(CO)排放量比原始PLA減少了90%以上。微型燃燒量熱測試顯示,與原始聚乳酸相比,關鍵參數有所降低。采用 激光導熱儀(LFA系列,Linseis)測量了樣品的熱導率。結果分析表明,復合材料樣品的熱導率比原始PLA提高了65%。這些結果證明,碳納米管修飾的MoS2等少層二維納米材料可以有效地用作PLA的阻燃材料。


    【圖文導讀】

    01

    圖1:少層MoS2TEM(A)、AFM(B)圖像及AFM(C)高度剖面分析。

     


    02


    圖2:MoS2/Co2O3A-C)、MoS2/Fe2O3D-F)和MoS2/Ni2O3G-I)納米顆粒的TEM圖像。

     


    03


    圖3:MoS2/Co2O3/CNT(A-C)、MoS2/Fe2O3/CNT(D-F)和MoS2/Ni2O3/CNT(G-I)納米顆粒的TEM圖像。

     

    04


    圖4:PLA復合材料的TGA曲線與原始PLA的比較。

    05

    圖5:PLA復合材料的CO排放與原始PLA的比較。

     

    06


    圖6:原始PLA和PLA復合材料的HRR曲線示例。

     




    【結論】

    為了提高PLA的防火性能,采用雙螺桿擠出共混法制備了少層MoS2MoS2/MxOy/CNT納米材料,并將其引入PLA復合材料中。熱重分析顯示,含有0.5 wt%的少層MoS2和2 wt%的MoS2/Co2O3/CNT樣品的Tmax值分別降低了40°C和65°C。由于添加了幾層MoS2,觀察到形成了燒焦殘渣層,在含有1wt%MoS2的樣品的燃燒過程中,CO排放減少了近70%。通過將MoS2/Fe2O3/CNT引入PLA基體中,CO排放量降低了90%以上。MCC分析表明,MoS2MoS2/Fe2O3/CNT復合材料性能好,而MoS2/Co2O3/CNT和MoS2/Ni2O3/CNT復合材料在PLA主燃燒前表現出強烈的二級效應,并且在0.5 wt%和1 wt%的FR下表現出阻擋層的不穩定性。所有復合材料的熱導率都比原始PLA提高,當復合材料中添加2%的由于碳納米管的存在,MoS2/Fe2O3/CNT。綜上所述,引入少層MoS2CNT功能化的MoS2納米材料在降低PLA的火災危險性方面顯示出良好的潛力,這將有助于理論研究和實際應用。



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