【摘 要】
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现如今聚合物材料应用广泛,而其可燃致灾性严重威胁人们的生命和财产安全。本课题旨在对Ti3C2Tx功能化设计,从火灾预警和聚合物阻燃性两方面降低火灾风险。主要研究内容如下:1、构建PVA分子与Ti3C2Tx之间的氢键/共价键相互作用来制备P-Ti3C2Tx热敏复合膜并组装防火预警装置。PVA分子链穿插到Ti3C2Tx层间,使层间增加了0.21 nm。P-Ti3C2Tx在火焰攻击期间呈现稳定且灵敏的可
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现如今聚合物材料应用广泛,而其可燃致灾性严重威胁人们的生命和财产安全。本课题旨在对Ti3C2Tx功能化设计,从火灾预警和聚合物阻燃性两方面降低火灾风险。主要研究内容如下:1、构建PVA分子与Ti3C2Tx之间的氢键/共价键相互作用来制备P-Ti3C2Tx热敏复合膜并组装防火预警装置。PVA分子链穿插到Ti3C2Tx层间,使层间增加了0.21 nm。P-Ti3C2Tx在火焰攻击期间呈现稳定且灵敏的可逆火循环警告信号,火灾预警响应和恢复时间分别仅需要2.2 s和2.0 s。通过XPS、XRD和TGA等表征手段证实P-Ti3C2Tx的防火预警机理。PVA分子热解产生的含氧化合物（CO、CO2等）促进Ti3C2Tx氧化,形成C掺杂Ti O2网络,该网络产生热激发电子和空穴,电子由价带激发到导带,从而实现显著电阻转变。2、基于上述实验,发现目前防火报警装置电源固定,灵活性和适应性低。考虑小巧便捷的超级电容器可作为火灾报警装置的优选。电极材料是制备高性能超级电容器的关键。利用氨基磺酸胍（GS）和磷酸胍（GP）掺杂改性Ti3C2Tx制备双原子共掺杂的SN-Ti3C2Tx和PN-Ti3C2Tx电极。胍盐掺杂扩大Ti3C2Tx层间距且增加缺陷,不仅增加了电解液中离子的可及性和反应活性位点,还提升了Ti3C2Tx的导电性。电化学结果显示,在1 A g-1时,SN-Ti3C2Tx和PN-Ti3C2Tx的Cm为269.3 F/g和168.3 F/g,分别是Ti3C2Tx（132.6 F/g）的2.03和1.27倍。XPS结果确定GS中的N原子通过LS（N-Ti）和FS（C-N）两种方式掺杂Ti3C2Tx,S原子可通过LS（S-Ti）、FS（C-S）和SA（O-S）三种方式掺杂Ti3C2Tx;GP中的N原子与GS中S原子掺杂方式相同,而P原子仅通过SA（O-P）。3、除火灾预警外,聚合物本身防火性能也尤为重要。研究表明,聚合物防火性能的提升往往有损其机械性能。利用植酸（PA）与四水氯化亚铁（Fe Cl2·4H2O）在Ti3C2Tx表面原位螯合得到富含磷、铁元素的杂化填料（Fe-Ti3C2Tx）。Fe-Ti3C2Tx通过大量氢键与TPU牢固结合,表现出较强的界面相容性。相比于纯TPU,添加3 wt%的Fe-Ti3C2Tx使TPU的拉伸强度和断裂伸长率分别增加93.6%和5.1%;韧性提升近两倍;（中文后面括号内是PHRR、THR,等）峰值热释放速率（PHRR）、总热释放（THR）、峰值烟释放速率（PSPR）和总烟释放（TSR）分别降低了20.2%、24.2%、12.5%和28.5%;炭残留量由原来的2.4%增加到17.4%。实现了TPU机械和防火性能的双重提升。本课题从降低聚合物火灾风险的角度出发,丰富Ti3C2Tx的功能化设计。基于P-Ti3C2Tx热敏复合膜的火灾预警装置避免了传统烟雾报警器灵敏度低、触发阈值高和GO报警装置不可逆的问题。Fe-Ti3C2Tx也可用于其他聚合物机械和防火性能的双重提升,丰富纳米填料类别。本课题对高分子材料的功能化及其应用的深入研究有一定的参考价值。图[48]表[8]文献[152]
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