納米技術在阻燃材料中的發展與實際應用

羅 世 權

(福建三明市公安消防支隊梅列區大隊,福建 三明 365000)

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納米技術在阻燃材料中的發展與實際應用

羅 世 權

(福建三明市公安消防支隊梅列區大隊,福建 三明 365000)

對納米材料進行了概述，從聚合物碳納米管復合材料、聚合物碳納米纖維復合材料、聚合物/三氧化二銻納米阻燃體系等方面，闡述了納米技術在阻燃材料中的發展，指出未來納米材料可能會發展成為制備良好阻燃劑的優良材料。

納米技術，阻燃材料，碳納米纖維，親水性

近年來，隨著納米技術和納米材料逐漸的走進大眾的生活，對納米材料展開的研究也逐漸的成為現代材料科學領域的研究熱點，并且這一材料被認為是21世紀最具發展潛力的材料。納米復合材料具有韌性佳、高強度的優點，在制備過程中無機物添加量低。此外，這一材料還具有二維尺寸穩定性強的優點，能夠很好地阻隔熱能，具有良好的熱穩定性和燃燒的耐火性。因此，在未來其很有可能會發展成為制備良好阻燃劑的優良材料。

1 納米材料概述

納米材料是指由顆粒大小為1 nm～100 nm的超微粒子凝聚而成的塊狀、薄膜、多層膜和纖維，是在近些年才開始被廣泛研究和使用的一類新型材料。由于納米材料的組成成分是單位為納米量級的微粒，使得這些納米材料擁有許多異于普通材料的奇異的物理和化學性質。在現今的研究基礎上，人們已經可以制備含有幾十個甚至幾萬個原子的納米粒子，并以這些納米粒子為構造單位用于制造與傳統材料具有相同用途的物質，但由于其特殊的構成又具有不同于傳統材料的奇特性能，這一制造和發明將會給生產力的發展帶來不可估量的影響，并且將在很大程度上有望解決人類現如今面臨的一系列問題，如能源、環境保護等。

2 納米技術在阻燃材料中的發展

2.1 聚合物碳納米管復合材料

聚合物碳納米管復合材料作為阻燃劑有著明顯的優勢，在實際的阻燃劑應用中也最為廣泛，屬B1級阻燃材料，這一類的阻燃劑材料與其他材料成分的阻燃劑相比，有如下的優點：1)具有較大的長徑比，作為一種無機納米分散劑，長徑比較高的材料比其他材料更容易形成連續性的、具有網絡結構的保護炭層，并且形成的保護炭層表面不易產生裂縫，基本不收縮。由聚合物碳納米管復合材料形成的炭層能夠有效的提高材料的阻燃性，在很大程度上降低材料的MLR值。相比較于其他的納米無機材料而言，聚合物碳納米管復合材料在作為阻燃劑方面有很大的優勢。2)與高聚物具有良好的相容性。眾所周知，以普通的無機分子材料作為阻燃材料中的分散劑時，需要對改分子材料進行表面改性，才能夠使該無機分子材料在基質中均勻分布，但將聚合物碳納米管復合物作為阻燃劑材料時，無需對其進行表面改性，就可以和多種高聚物達到很好的相容效果，并在高聚物中得以又快又好地分散開來。3)不影響各燃料物質的引燃時間，有研究表明，聚合物碳納米管復合材料作為阻燃劑使用時，不會降低可燃物的引燃時間。

2.2 聚合物碳納米纖維復合材料

碳納米纖維是指以低碳烴化物作為原料，以氫氣為載體，經由催化劑的催化作用，在900K～1 500K的條件下形成的一種納米尺度的碳纖維，這種碳纖維的結構和性能優于普通的碳纖維材料，較碳納米管而言有所不足。碳納米纖維具有密度低、強度高、導電性能好、結構致密、比表面積大等優點，相對于傳統的納米材料而言，其缺陷少，因此也可以作為增強聚合物力學性能的亞微米增強劑，在多種熱固性和熱塑性樹脂中廣泛應用，此種復合材料的強度和模量比純樹脂高5倍左右，且具有多種優異性能。同時，聚合物碳納米纖維作為一種新型的阻燃劑，經熱處理的碳納米纖維材料會均勻的分散于阻燃劑基體中。在實際的生產中，只需要向阻燃劑材料中加入5%的碳納米纖維，就可以達到理想的阻燃效果，并且，這種碳納米纖維材料成本較低，在實際的生產中使用較為劃算，應用較為普遍。

2.3 聚合物/三氧化二銻納米阻燃體系

三氧化二銻作為一種典型的無機阻燃劑，由于其單獨使用時阻燃效果較差，因此在使用過程中不能夠單獨進行使用，研究表明，三氧化二銻在和鹵系的阻燃劑進行配合使用時能夠達到較好的阻燃效果，因此，可以說是鹵系阻燃劑使用過程中十分重要的一種協效劑。在實際的作用過程中，單獨使用鹵系阻燃劑即可達到理想的阻燃效果，但這種做法卻惡化了材料的物理機械性能。因此，將納米化的三氧化二銻進行表面改性，再和鹵系阻燃劑進行配合使用，就能夠使三氧化二銻均勻的分散到基體材料中，發揮其良好的阻燃作用，但相較于聚合物碳納米管復合材料和碳納米纖維而言，在實際中的應用較少。

2.4 聚合物/氫氧化鋁納米阻燃體系

聚合物/氫氧化鋁納米阻燃體系中使用的氫氧化鋁需要經過納米化，并進行表面改性，這樣形成的氫氧化鋁納米聚合物在有效的保證阻燃性能的前提下，能夠在很大程度上降低阻燃劑的使用量，并且還能夠最大限度的保證復合材料的物理機械性能。氫氧化鋁納米材料的粒徑會直接的影響到阻燃性的高低。氫氧化鋁中帶有三個羥基，因此氫氧化鋁具有較強的極性和親水性，所以，想要使氫氧化鋁與聚合物有較好的相容性，就要對其進行改性。此外，在聚合物基體中，氫氧化鋁納米材料的顆粒之間十分容易形成氫鍵使顆粒之間團聚，導致該復合材料的阻燃性降低。因此，納米氫氧化鋁材料必須進行改性后才有使用的價值。

2.5 聚合物/氫氧化鎂納米阻燃體系

氫氧化鎂屬于添加型的無機阻燃劑，在阻燃體系中發揮著阻燃、消煙、填充三大功能，同時，由于在阻燃體系中添加了氫氧化鎂，使得聚合物氫氧化鎂材料具有了無腐蝕性、無毒性的兩大優點。氫氧化鎂物質在制備、運輸和使用的過程中都不會產生對人體及環境有害的物質，并且具有一定的抗酸性，在燃燒體系中，可以有效的中和燃燒過程產生的酸性氣體和有毒性氣體，因此，可以說氫氧化鎂是一種環境友好型的綠色阻燃劑，并且這種阻燃劑易于獲得，價格較為低廉，相較于其他化學材料組成的復合材料，氫氧化鎂納米復合物在賦予復合材料良好的阻燃性能的同時，對該種復合材料的物理性能也有一定的提高因此是最具開發潛力的阻燃劑。

3 結語

在21世紀，納米材料已經在阻燃科學領域有了廣泛的應用，因此對新型阻燃納米復合材料展開深入的研究具有十分重要的現實意義。聚合物碳納米管復合材料作為阻燃劑有著明顯的優勢，在實際的阻燃劑應用中也最為廣泛，屬B1級阻燃材料；聚合物碳納米纖維復合材料在實際的應用中只需要很少的使用量就可以達到良好的阻燃效果，并且這種碳納米纖維材料成本較低，在實際的生產中使用較為劃算，應用較為普遍；三氧化二銻、氫氧化鋁和氫氧化鎂都屬于在最近的研究中才得到重視的阻燃劑材料，其中氫氧化鋁屬于B3級阻燃材料，阻燃效果較其他阻燃劑而言較差；其中氫氧化鎂阻燃劑是一種環境友好型的綠色阻燃劑，并且這種阻燃劑易于獲得，價格較為低廉，并具有諸多的優勢，屬于A級阻燃材料，可以預見，在不久的將來，氫氧化鎂復合材料將會在阻燃劑領域有廣闊的應用前景。

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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

羅世權(1983- )，男，助理工程師

TB383

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