火灾事故频繁发生给人类生命和财产安全造成了严重损失，采用阻燃材料是提高防火安全水平、减少火灾损失的战略性措施之一。随着全球环保压力的增大和人民对美好生活需求的不断提升，防火安全面临新的考验，阻燃材料也面临愈来愈严格的阻燃标准和环保法规的挑战。一直以来，皮革及其制品由于性能独特被广泛应用于服装、制鞋、箱包、沙发等领域，装饰着人类的生活。在此背景下，如何开发环保安全且阻燃抑烟的皮革化学品成为重要课题。
鉴于此，陕西科技大学马建中教授团队和韩国汉阳大学Ki-Hyun Kim院士合作，以环境友好型的天然产物酪素为模板设计合成了具有花状结构的水滑石-石墨烯（Temp@LDH-rGO）阻燃剂，进一步将其与改性酪素乳液复合开发了一种具有阻燃抑烟性能的生物质基复合材料。该材料作为皮革表面的涂层材料，可以赋予皮革及其制品优异的阻燃抑烟性能(如图1)。
图1.酪素为模板生长花状Temp@LDH-rGO的制备示意图及其阻燃应用
首先，通过调节酪素与己内酰胺的比例实现对模板尺寸的调控，进而探究了模板尺寸对花状Temp@LDH-rGO的形貌影响。当酪素与己内酰胺的比值为7:3时，所形成的酪素胶束结构最为稳定，促使LDH与rGO沉积在胶束表面交替组装，形成花状结构，如图2所示。
图2.模板尺寸对花状Temp@LDH-rGO形貌的影响
其次，将上述花状Temp@LDH-rGO与改性酪素乳液复合，并应用至皮革表面的修饰。通过极限氧指数（LOI）、锥形量热仪（Cone）测试结果可知，其引入显著提高了皮革的阻燃和抑烟性能，皮革的热释放速率（HRR）由197.546 Kw-1m2降低至55.686Kw-1m2，烟释放速率（SPR）由4.463m-2s-1降低至2.239 m-2s-1，如图3d-e所示。
图3. 皮革阻燃抑烟性能测试：(a)含有不同剂量的Temp@LDHrGO的酪素基皮革的LOI，(b)热释放速率（HRR），(c)总热释放量（THR），(d)烟释放速率（SPR），(e) CO释放率（COPR），和(f)不同类型复合乳液涂饰皮革的LOI值
最后，结合SEM和热重-红外联用等测试，以及燃烧后革样形貌及热性能变化，系统性分析了花状Temp@LDH-rGO的阻燃抑烟机理，发现Temp@LDH-rGO在气相和凝聚相中增强的阻燃性更多可归功于花状Temp@LDH-rGO的吸附作用和碳层的阻隔作用。显然，花状Temp@LDH-rGO可作为环保安全型阻燃剂应用于阻燃型复合涂层材料的开发，实现阻燃剂的绿色环保和高效。
图4.皮革的阻燃机理分析
该成果以“3-D Flower-like Templated LDH-rGO as Coating Additive for Flame Retardant Products”为题在国际期刊《Journal of Colloid and Interface Science》上发表。本文的第一作者是陕西科技大学2019级博士生安文，通讯作者是陕西科技大学马建中教授、徐群娜副教授和韩国汉阳大学Ki-Hyun Kim院士。
文章信息：Wen An, Jianzhong Ma, Qunna Xu, Hui Zhang, Linfeng Wei, Ki-Hyun Kim, Ying Xu.3-D flower-like templated LDH-rGO as coating additive for flame retardant leather products[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2023, 631: 89-100. DOI: 10.1016/j.jcis.2022.11.026.
