纳米技术在阻燃材料中的发展与实际应用

罗 世 权

(福建三明市公安消防支队梅列区大队,福建 三明 365000)



纳米技术在阻燃材料中的发展与实际应用

罗 世 权

(福建三明市公安消防支队梅列区大队,福建 三明 365000)

对纳米材料进行了概述，从聚合物碳纳米管复合材料、聚合物碳纳米纤维复合材料、聚合物/三氧化二锑纳米阻燃体系等方面，阐述了纳米技术在阻燃材料中的发展，指出未来纳米材料可能会发展成为制备良好阻燃剂的优良材料。

纳米技术，阻燃材料，碳纳米纤维，亲水性

近年来，随着纳米技术和纳米材料逐渐的走进大众的生活，对纳米材料展开的研究也逐渐的成为现代材料科学领域的研究热点，并且这一材料被认为是21世纪最具发展潜力的材料。纳米复合材料具有韧性佳、高强度的优点，在制备过程中无机物添加量低。此外，这一材料还具有二维尺寸稳定性强的优点，能够很好地阻隔热能，具有良好的热稳定性和燃烧的耐火性。因此，在未来其很有可能会发展成为制备良好阻燃剂的优良材料。

1 纳米材料概述

纳米材料是指由颗粒大小为1 nm～100 nm的超微粒子凝聚而成的块状、薄膜、多层膜和纤维，是在近些年才开始被广泛研究和使用的一类新型材料。由于纳米材料的组成成分是单位为纳米量级的微粒，使得这些纳米材料拥有许多异于普通材料的奇异的物理和化学性质。在现今的研究基础上，人们已经可以制备含有几十个甚至几万个原子的纳米粒子，并以这些纳米粒子为构造单位用于制造与传统材料具有相同用途的物质，但由于其特殊的构成又具有不同于传统材料的奇特性能，这一制造和发明将会给生产力的发展带来不可估量的影响，并且将在很大程度上有望解决人类现如今面临的一系列问题，如能源、环境保护等。

2 纳米技术在阻燃材料中的发展

2.1 聚合物碳纳米管复合材料

聚合物碳纳米管复合材料作为阻燃剂有着明显的优势，在实际的阻燃剂应用中也最为广泛，属B1级阻燃材料，这一类的阻燃剂材料与其他材料成分的阻燃剂相比，有如下的优点：1)具有较大的长径比，作为一种无机纳米分散剂，长径比较高的材料比其他材料更容易形成连续性的、具有网络结构的保护炭层，并且形成的保护炭层表面不易产生裂缝，基本不收缩。由聚合物碳纳米管复合材料形成的炭层能够有效的提高材料的阻燃性，在很大程度上降低材料的MLR值。相比较于其他的纳米无机材料而言，聚合物碳纳米管复合材料在作为阻燃剂方面有很大的优势。2)与高聚物具有良好的相容性。众所周知，以普通的无机分子材料作为阻燃材料中的分散剂时，需要对改分子材料进行表面改性，才能够使该无机分子材料在基质中均匀分布，但将聚合物碳纳米管复合物作为阻燃剂材料时，无需对其进行表面改性，就可以和多种高聚物达到很好的相容效果，并在高聚物中得以又快又好地分散开来。3)不影响各燃料物质的引燃时间，有研究表明，聚合物碳纳米管复合材料作为阻燃剂使用时，不会降低可燃物的引燃时间。

2.2 聚合物碳纳米纤维复合材料

碳纳米纤维是指以低碳烃化物作为原料，以氢气为载体，经由催化剂的催化作用，在900K～1 500K的条件下形成的一种纳米尺度的碳纤维，这种碳纤维的结构和性能优于普通的碳纤维材料，较碳纳米管而言有所不足。碳纳米纤维具有密度低、强度高、导电性能好、结构致密、比表面积大等优点，相对于传统的纳米材料而言，其缺陷少，因此也可以作为增强聚合物力学性能的亚微米增强剂，在多种热固性和热塑性树脂中广泛应用，此种复合材料的强度和模量比纯树脂高5倍左右，且具有多种优异性能。同时，聚合物碳纳米纤维作为一种新型的阻燃剂，经热处理的碳纳米纤维材料会均匀的分散于阻燃剂基体中。在实际的生产中，只需要向阻燃剂材料中加入5%的碳纳米纤维，就可以达到理想的阻燃效果，并且，这种碳纳米纤维材料成本较低，在实际的生产中使用较为划算，应用较为普遍。

2.3 聚合物/三氧化二锑纳米阻燃体系

三氧化二锑作为一种典型的无机阻燃剂，由于其单独使用时阻燃效果较差，因此在使用过程中不能够单独进行使用，研究表明，三氧化二锑在和卤系的阻燃剂进行配合使用时能够达到较好的阻燃效果，因此，可以说是卤系阻燃剂使用过程中十分重要的一种协效剂。在实际的作用过程中，单独使用卤系阻燃剂即可达到理想的阻燃效果，但这种做法却恶化了材料的物理机械性能。因此，将纳米化的三氧化二锑进行表面改性，再和卤系阻燃剂进行配合使用，就能够使三氧化二锑均匀的分散到基体材料中，发挥其良好的阻燃作用，但相较于聚合物碳纳米管复合材料和碳纳米纤维而言，在实际中的应用较少。

2.4 聚合物/氢氧化铝纳米阻燃体系

聚合物/氢氧化铝纳米阻燃体系中使用的氢氧化铝需要经过纳米化，并进行表面改性，这样形成的氢氧化铝纳米聚合物在有效的保证阻燃性能的前提下，能够在很大程度上降低阻燃剂的使用量，并且还能够最大限度的保证复合材料的物理机械性能。氢氧化铝纳米材料的粒径会直接的影响到阻燃性的高低。氢氧化铝中带有三个羟基，因此氢氧化铝具有较强的极性和亲水性，所以，想要使氢氧化铝与聚合物有较好的相容性，就要对其进行改性。此外，在聚合物基体中，氢氧化铝纳米材料的颗粒之间十分容易形成氢键使颗粒之间团聚，导致该复合材料的阻燃性降低。因此，纳米氢氧化铝材料必须进行改性后才有使用的价值。

2.5 聚合物/氢氧化镁纳米阻燃体系

氢氧化镁属于添加型的无机阻燃剂，在阻燃体系中发挥着阻燃、消烟、填充三大功能，同时，由于在阻燃体系中添加了氢氧化镁，使得聚合物氢氧化镁材料具有了无腐蚀性、无毒性的两大优点。氢氧化镁物质在制备、运输和使用的过程中都不会产生对人体及环境有害的物质，并且具有一定的抗酸性，在燃烧体系中，可以有效的中和燃烧过程产生的酸性气体和有毒性气体，因此，可以说氢氧化镁是一种环境友好型的绿色阻燃剂，并且这种阻燃剂易于获得，价格较为低廉，相较于其他化学材料组成的复合材料，氢氧化镁纳米复合物在赋予复合材料良好的阻燃性能的同时，对该种复合材料的物理性能也有一定的提高因此是最具开发潜力的阻燃剂。

3 结语

在21世纪，纳米材料已经在阻燃科学领域有了广泛的应用，因此对新型阻燃纳米复合材料展开深入的研究具有十分重要的现实意义。聚合物碳纳米管复合材料作为阻燃剂有着明显的优势，在实际的阻燃剂应用中也最为广泛，属B1级阻燃材料；聚合物碳纳米纤维复合材料在实际的应用中只需要很少的使用量就可以达到良好的阻燃效果，并且这种碳纳米纤维材料成本较低，在实际的生产中使用较为划算，应用较为普遍；三氧化二锑、氢氧化铝和氢氧化镁都属于在最近的研究中才得到重视的阻燃剂材料，其中氢氧化铝属于B3级阻燃材料，阻燃效果较其他阻燃剂而言较差；其中氢氧化镁阻燃剂是一种环境友好型的绿色阻燃剂，并且这种阻燃剂易于获得，价格较为低廉，并具有诸多的优势，属于A级阻燃材料，可以预见，在不久的将来，氢氧化镁复合材料将会在阻燃剂领域有广阔的应用前景。

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On development of nanometer technique in antiflaming materials and its application

Luo Shiquan

(Meilie District Brigade, Sanming Public Security Fire-Fighting Unit in Fujian, Sanming 365000, China)

The paper surveys the nanometer materials, and illustrates the development of the nanometer technique in the antiflaming materials from the composite materials of polymer nano-composites, composite material of polymer nano-fiber, and polymer/ antimony trioxide nano-antiflaming system, and points out the future nanometer materials may develop into the better materials for better antiflaming agent.

nanometer technique, antiflaming material, carbon nanometer fiber, hydrophilicity

1009-6825(2017)16-0122-02

2017-03-25

罗世权(1983- )，男，助理工程师

TB383

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