二維過渡態(tài)金屬碳氮化合物MXene具有良好的抑煙性能和可調(diào)的表面官能團，以此為基礎設計的高效阻燃體系具有廣闊的應用前景。然而，當前開發(fā)MXene基協(xié)同阻燃劑仍然難以滿足高分子材料對阻燃的高需求。此外，MXene與傳統(tǒng)阻燃劑之間的協(xié)同阻燃作用尚不清晰，在協(xié)效阻燃劑配方中僅添加少量MXene的情況下，實現(xiàn)高LOI值和V-0水平(垂直燃燒測試)仍然是一個挑戰(zhàn)。
近日，昆明理工大學化學工程學院磷化工團隊通過合理設計阻燃劑結構，充分利用了MXene二維材料高縱橫比的結構和豐富的表面官能團，在MXene表面接枝了15倍自身質(zhì)量的有機磷化合物（PEPA-BPOD），成功制備了高效協(xié)同阻燃劑（PB-MXene）；并以PB-MXene為阻燃功能填料，在復合材料僅含有質(zhì)量分數(shù)0.5%的MXene情況下，實現(xiàn)了熱塑性聚氨酯（TPU）基材V-0級別和32.2%高LOI值的提升。此外，結合熱重、熱重-紅外聯(lián)用、SEM、XPS等分析測試方法，重點研究了有機磷與MXene在不同復合條件下，對復合材料燃燒的相關產(chǎn)物結構對比，明確了PB-MXene在聚合物基材燃燒過程中發(fā)揮的協(xié)效阻燃機制，包括PB對Ti3C2TX片層結構的保護機制、Ti3C2TX與PB的協(xié)同催化成炭機制等。該研究進一步明確了有機磷系改性MXene體系的協(xié)同阻燃機制，為MXene基高效阻燃體系的設計，尤其是高接枝量的MXene基阻燃體系的設計提供更好的理論指導。
上述研究成果以“Rationally assembled sandwich structure of MXene-based phosphorous flame retardant at ultra-low loading nanosheets enabling fire-safe thermoplastic polyurethane”為題發(fā)表在一區(qū)期刊《Applied Surface Science》上，論文第一作者是磷化工團隊2021級博士研究生姜豪。該研究工作得到了國家自然科學基金（22268025）和云南省基礎研究計劃項目（202201AT070115，202101AU070012，202201BE070001-031）的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2023.159111
