高分子化合物（工程塑料）广泛应用于汽车、建筑、食品、航空航天等领域。它的使用基于重量/电阻比、物理稳定性、耐化学性和耐腐蚀性。
然而，由于其性质，大多数聚合物是易燃和可燃的。也就是说，它们是在暴露于火中时迅速着火的材料，经过降解，Veo复杂并释放热量以稍后开始火焰的传播。在聚合物燃烧过程中，它们会释放出烟雾（烟灰）和有毒气体，对人类生命和财产安全构成威胁。
聚合物材料燃烧过程中涉及四个关键成分：热、氧、燃料和自由基反应。聚合物复合材料的阻燃性可以通过抑制或扰动这些组分中的一种或多种来实现。
近年来，已经进行了多项研究，以开发有助于抑制或降低聚合物可燃性的添加剂，这些添加剂被称为阻燃剂。
常规阻燃剂根据其成分可分为两大类：无机阻燃剂和有机阻燃剂。第一种包括氢氧化物、金属氧化物、磷酸盐、硅酸盐等。它们具有优异的热稳定性，无毒，成本低，不会产生污染。然而，无机阻燃剂受到高负载、低相容性和聚集的限制。另一方面，有机阻燃剂包 括含有卤素、磷、磷氮等的阻燃剂。后者效率高，与聚合物相容性好。它们的主要缺点是受到限制，因为它们会释放有毒气体并且在燃烧过程中有害，危及人的健康和环境。
氧化石墨烯（GO）是目前用作阻燃剂的最新颖的纳米材料，因为它作为低负载的阻燃剂表现出高效率且无毒。其效率与氧化石墨烯具有很强的阻隔效应，高热稳定性和较大的表面吸收能力有关，有利于减少传热和传质。
石墨烯基阻燃剂可以通过抑制两个关键术语来提高聚合物的阻燃性：热量和燃料。更具体地说，氧化石墨烯可以以不同的协同方式作为阻燃剂。
首先，GO具有独特的二维层结构，可以促进在燃烧过程中形成连续致密的碳层。碳可以作为物理屏障，防止热源传热并延迟产品从聚合物基质中逸出（热解）。
其次，GO具有较大的比表面积，可以有效地吸附易燃挥发性有机化合物或阻碍其在燃烧过程中的释放和扩散。
第三，GO含有丰富的活性氧基团（边缘的羧基，以及片中基底面的环氧基和羟基）。例如，含氧基团在低温下可发生分解和脱水，从而在燃烧过程中吸收热量并冷却聚合物基质。同时，脱水产生的气体可以稀释点火外围周围的氧气浓度，降低火势蔓延的风险。
它还可以改变聚合物的流变行为并防止其滴落，从而通过“迷宫效应”阻碍挥发性分解产物的释放和扩散，并影响化合物的阻燃性（例如，修改UL-94分类，氧指数（OI）和点火时间（TTI）。
在进行的研究中，已经发现在聚丙烯（PP）中掺入功能化的氧化石墨烯（按重量计5%）使PP的杨氏模量和弹性极限分别增加了53%和11%。而在可燃性测试（UL-94）的结果中，它表明GO的存在会改变熔体的行为并防止材料滴落。
另一方面，在聚苯乙烯/GO的熔融共混（挤出）中制备聚合物化合物已有报道，其中发现GO（5%）可以促进聚合物表面（碳化材料层）上的碳化。在内部，存在具有高耐热性并有助于形成碳残留物的负载或填料，从而提高聚苯乙烯基化合物的阻燃性。
目前，Energeia – Graphenemex®是拉丁美洲领先的墨西哥公司，致力于研究和生产石墨烯材料，用于工业层面的应用开发，通过其Graphenergy母粒系列，已经开发了基于各种聚合物的各种氧化石墨烯母粒，如PP，HDPE，LDPE，PET和PA6。
将石墨烯和石墨烯衍生物（GO）掺入聚合物基质允许开发具有更好机械性能，更高热稳定性，气体阻隔能力和降低聚合物化合物可燃性的聚合物化合物。
References
Han Y, Wu Y, Shen M, Huang X, Zhu J, Zhang X. Preparation and properties of polystyrene nanocomposites with graphite oxide and graphene as flame retardants. J Mater Sci 48:4214.
Hofmann D, Wartig K-A, Thomann R, Dittrich B, Schartel B, Mu¨lhaupt R. Functionalized graphene and carbon materials as additives for melt-extruded flame retardant polypropylene. Macromol Mater Eng 298:1322.
Dittrich B, Wartig K-A, Hofmann D, Mu¨lhaupt R, Schartel B. Flame retardancy through carbon nanomaterials: carbon black, multiwall nanotubes, expanded graphite, multi-layer graphene and graphene in polypropylene. Polym Degrad Stab 98:1495.
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