中國地質大學周克清副教授：剝離型二硫化鉬和層狀雙氫氧化物自組裝後可用於環氧樹脂阻燃

環氧樹脂（EP）是一種常用的熱固性聚合物，廣泛應用於電絕緣和複合材料等領域。但是，EP是高度易燃的，且在燃燒過程中產生大量的毒性煙霧。因此，研究其耐火阻燃性能很有必要。

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針對傳統阻燃劑存在的不足，中國地質大學（武漢）周克清副教授採用剝離型二硫化鉬（MoS2）納米片和層狀雙氫氧化物（LDH）的自組裝的方式製備LDH/MoS2雜化材料，有效提升阻燃劑與基體相容性，改善EP材料的耐火性能。

二硫化鉬（MoS2）為層狀穩定過渡金屬二硫屬元素化物之一，層之間通過范德華相互作用弱連接，可進行層間剝離；但存在阻燃效果不明顯、與基體相容性差、易聚集等缺陷；層狀雙氫氧化物（LDH）等常用於提升聚合物的阻燃與力學性能；研究者在剝落的MoS2納米片的表面上沉積LDH，有效減緩了納米片在聚合物基質中的團聚。

研究者首先通過插入強還原劑，將塊狀MoS2剝離成帶負電荷的單層或多層片層，然後與正電荷金屬氫氧化物層等層狀無機化合物LDH等結合，利用物理接觸和強大的電子耦合等進行自組裝。

圖1.通過自組裝方法製備MoS2-LDH納米雜化物的圖示

剝離的MoS2納米片和LDH在溶液中超聲混合，帶負電的剝離的MoS2納米片將與LDH薄片自組裝，形成LDH / MoS2納米雜化物。LDH薄片在MoS2納米片上積澱，有效抑制剝落的MoS2納米片的重新堆積，有效改善了納米片在聚合物基體中的分散性。

將LDH / MoS2納米雜化物對EP進行添加，並對複合材料的熱性能、燃燒性能進行測試評估；

圖2. EP和EP複合材料的TGA測試譜圖

TGA測試結果顯示：儘管MoS2和LDH的引入會導致初始分解溫度提前，但複合材料的最大質量損失率遠低於純EP，表明MoS2納米片在聚合物熱解過程中可起到隔熱屏障作用；此外，與單一的MoS2或LDH填充相比，引入LDH / MoS2雜化物可使殘炭量有更高的提升。含有2wt％NiFe-LDH/MoS2和CoFe-LDH / MoS2雜化物的EP複合材料的殘炭量分別達20.6％和20.1％，表明雜化物具有催化劑成炭作用。

圖3. EP和EP複合材料的熱釋放熱率曲線

圖4. EP和EP複合材料的總熱釋放量曲線

CONE測試評估複合材料的燃燒性能，EP高度易燃，PHRR值高達1863kWm-2。經CoFe-LDH，NiFe-LDH和MoS2填充後，EP複合材料PHRR分別降低到959, 1323和993 kWm-2，分別降低49％，29％和47％。而添加CoFe-LDH /MoS2和NiFe-LDH/MoS2雜化材料的EP複合材料，pHRR值進一步降低至708和643 kWm-2，分別降低62％和66％。THR值純EP為109 MJ m-2，經2wt％NiFe-LDH / MoS2雜化物摻雜後EP複合材料THR值降低34％。顯示了LDH / MoS2雜化物良好的阻燃性。

圖5.由LDH / MoS2添加製備EP複合材料可能存在的阻燃機理示意圖

研究者對雜化物的阻燃機理進行設想：EP複合材料阻燃性能的提升主要歸因於以下方面：一是MoS2納米片的阻隔作用；二是LDH / MoS2雜化物的催化碳化作用；而LDH與MoS2的結合可充分發揮以上兩方面的優勢。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389417304053

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