纳米技术在无机材料和复合材料中的阻燃机理

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1、纳米技术在无机材料和复合材料中的阻燃机理纳米技术在无机材料和复合材料中的阻燃机理　摘要：与传统阻燃材料相比较，纳米阻燃材料在力学和热学性能方面都有大的改善，超细化是阻燃材料的发展趋势。举例说明了一些典型纳米阻燃材料的应用，新型阻燃体系有很大的发展前景。阻燃剂都有一定的毒性，目前还没有理想的环境友好的阻燃材料，只能根据情况综合考虑。　　关键词：阻燃纳米应用新型阻燃体系环境友好　　1概述　　近年来，纳米技术和纳米复合材料的发展，为阻燃科学与技术的发展提供了一个新思路。纳米材料的兴起促进了阻燃高分子材料研究

2、的发展，纳米复合材料因具有明显的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，故呈现出许多优良的物理和化学特性。如，有效地利用纳米粒子容易捕获燃烧反应放出的自由基的特点，增强材料的阻燃性能。另外，由于纳米粒子表面吸附能力强，如果让其吸附一些抗氧剂、协同阻燃剂等，则会有效地改善几种阻燃剂的协同作用翻。纳米技术在传统的阻燃材料中的应用为阻燃技术开辟了一个新的领域，并有可能实现产业化。本文将主要阐述无机纳米材料和纳米复合材料两个方面，对材料的阻燃机理作一简要讨论。　　2传统的阻燃理论　　2.1覆盖理

3、论　　阻燃剂在低于基材燃烧温度下融化，形成一种隔热的珐琅质层或泡沫层，使基材与热空气和火焰隔绝，防止可燃气体外逸，从而起到阻燃作用。　　2.2热理论　　阻燃剂在熔融或分解过程中吸收大量热量，可以延缓基材温度升高到热分解的温度，从而抑制基材表面着火。　　2.3不燃气体冲淡作用理论　　阻燃剂在低于基材正常燃烧温度下受热分解释放出来的不燃性气体或水蒸气，可以冲淡基材热分解形成的可燃性气体，构成一种不燃性混合气体，同时将基材与周围空气隔绝，起到延缓燃烧的作用。　　2.4自由基补集理论　　在热解温度下，阻燃剂释

4、放出自由基抑制剂，可以阻断基材燃烧过程中的链式反应。　　3纳米阻燃材料阻燃特性及应用　　3.1纳米技术阻燃机理　　研究发现，将传统无机阻燃剂超细化，利用纳米微粒本身所具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应等来增强与聚合物基质的界面作用，起到刚性粒子增塑增强的效果，改善无机物与聚合物基体的相容性，达到减小用量和提高阻燃效率的目的。　　3.2无机纳米材料　　目前发展较好的无机阻燃剂主要有氢氧化铝、氢氧化镁、无机磷、硼酸盐、三氧化二锑和钼的的化合物等。这是因为氢氧化铝和氢氧化镁等无机阻燃剂具有填充剂、阻燃

5、剂、发烟抑制剂三重功能。基于这类阻燃剂的阻燃机理，在添加量较小时，阻燃剂吸收的热量小于基材燃烧放出的热量，因此，为了达到阻燃的效果，往往会填充大量的阻燃剂，经常达到40%以上。尽管这样能够达到阻燃的目的，但由于阻燃剂添加量过高，势必对基材的机械性能物理化学性能以及加工性能产生不良影响。随着纳米技术的快速发展，为无机阻燃剂的超细化提供了方便的条件和适宜的途径。　3.3纳米复合材料　　纳米复合材料是指将材料中的一个或多个组份以纳米尺寸或分子水平均匀地分散在另一组份的基体中，实验证明，因其存在超细的尺寸，所

6、以各种类型的纳米复合材料的性质比其相应的宏观或微米级复合材料均有较大改善。鳞片状粘土或其它层状无机物能够碎裂成纳米尺寸的结构微区，其片层间的距离一般在几纳米到十几纳米，可以容纳某些单体和聚合物，它们可以让某些聚合物嵌入到其纳米尺寸的夹层空间中，形成嵌入纳米复合材料和层离纳米复合材料。　　纳米复合材料的制备：制备阻燃聚合物/层状化合物纳米复合材料可通过三种方式:①单体嵌入聚合法；②聚合物溶液嵌入法；③聚合物直接熔融嵌入法。　　目前可通过上述方法制备的纳米复合材料涉及到许多聚合物材料(塑料、橡胶、纤维)，

7、如:环氧树脂、聚苯乙烯、聚丙烯、尼龙-6、丙烯酸系列。　　3.4纳米阻燃剂的优点　　由于阻燃剂产生的阻燃作用是由化学反应决定的，而对于等量的阻燃剂来说，其颗粒的直径越小，与基材接触表面积就越大，阻燃效果就越好；而且可使无机阻燃剂在有机聚合物机体中分散性大幅度提高，这样以来不但能够提高基材的力学性能和耐热性能，也能改善阻燃效果。无机阻燃剂的颗粒越细，用量、发烟量就越小，阻燃性的提高就越明显。可以认为，无机阻燃剂的粒径大小直接影响其阻燃性。为了更好地发挥阻燃效果，无机阻燃剂加入纳米技术必定是今后阻燃剂发展

8、的方向之一。　　4纳米阻燃技术的应用及发展方向　　目前，纳米技术在阻燃材料中的应用主要集中在合成与性能的评估。今后的发展方向应从以下几个方面考虑:　　4.1纳米级超细阻燃剂粉体的制备方法及储运等问题，主要探索对环境污染小，团聚少的阻燃剂粉体及其制造方法，研究聚合物阻燃母粒，解决超细粉体的储运及添加等问题。　　4.2研究纳米级超细复合阻燃剂粉体，以满足阻燃协调体系的要求及减少阻燃剂的用量。　　4.3无机层状化合物的筛选及改性，通过合适具有阻燃性有机化合物和