基于电化学剥离的功能化石墨烯增强热塑性聚氨酯热稳定性机械性能和阻燃性

《基于电化学剥离的功能化石墨烯增强热塑性聚氨酯热稳定性机械性能和阻燃性》是一篇探讨如何通过功能化石墨烯提升热塑性聚氨酯（TPU）性能的研究论文。该研究针对传统TPU材料在高温下易变形、机械强度不足以及阻燃性差的问题，提出了一种创新性的改性方法，即利用电化学剥离技术制备功能化石墨烯，并将其引入TPU基体中，以改善其综合性能。

论文首先介绍了热塑性聚氨酯的基本特性及其在工业中的广泛应用。TPU因其良好的弹性和耐磨性被广泛用于制造鞋底、汽车零部件、医疗设备等。然而，由于其分子结构的限制，TPU在高温环境下容易发生软化甚至分解，同时其机械性能和阻燃性也存在一定的局限性。因此，如何提高TPU的热稳定性和阻燃性成为研究的重点。

为了克服这些缺点，研究人员采用电化学剥离法从石墨中提取石墨烯。这种方法相比传统的化学氧化剥离法具有更高的效率和更低的环境污染风险。通过电化学处理，可以得到高质量、层数可控的石墨烯片层，同时还能在石墨烯表面引入官能团，使其具备更好的分散性和与其他材料的相容性。

在功能化方面，论文详细描述了如何对石墨烯进行化学修饰，例如通过共价或非共价方式引入羟基、羧基等极性基团。这种功能化不仅有助于提高石墨烯在TPU基体中的分散性，还能增强两者之间的界面结合力，从而提升复合材料的整体性能。

随后，研究团队将功能化石墨烯与TPU进行复合，制备出不同含量的石墨烯/TPU复合材料。通过对复合材料进行热重分析（TGA）、差示扫描量热法（DSC）、拉伸试验和极限氧指数测试（LOI）等实验，评估其热稳定性、机械性能和阻燃性。

实验结果表明，随着石墨烯含量的增加，TPU的热稳定性显著提高。在热重分析中，复合材料的分解温度明显高于未改性的TPU，说明石墨烯能够有效延缓材料的热降解过程。此外，拉伸试验结果显示，石墨烯的加入显著提高了TPU的拉伸强度和模量，表现出优异的力学性能。

在阻燃性能方面，研究发现，功能化石墨烯的引入能够形成致密的炭层，在燃烧过程中起到隔热和隔氧的作用，从而提高材料的阻燃性。通过极限氧指数测试，复合材料的LOI值显著提升，表明其具有较好的自熄性能。

论文还讨论了石墨烯在TPU基体中的分散状态对其性能的影响。研究发现，功能化的石墨烯能够在TPU中均匀分散，避免了团聚现象的发生，这有助于充分发挥其增强作用。同时，界面相的形成也增强了石墨烯与TPU之间的相互作用，进一步提升了复合材料的综合性能。

综上所述，《基于电化学剥离的功能化石墨烯增强热塑性聚氨酯热稳定性机械性能和阻燃性》这篇论文为开发高性能TPU复合材料提供了一种有效的策略。通过电化学剥离和功能化处理，研究人员成功地将石墨烯引入TPU基体中，显著提升了其热稳定性、机械性能和阻燃性。这一研究成果不仅拓展了TPU的应用范围，也为未来高性能聚合物复合材料的设计和开发提供了重要的理论依据和技术支持。