納米技術(shù)在阻燃材料中的發(fā)展與實(shí)際應(yīng)用

羅 世 權(quán)

(福建三明市公安消防支隊梅列區(qū)大隊,福建 三明 365000)

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納米技術(shù)在阻燃材料中的發(fā)展與實(shí)際應(yīng)用

羅 世 權(quán)

(福建三明市公安消防支隊梅列區(qū)大隊,福建 三明 365000)

對納米材料進(jìn)行了概述，從聚合物碳納米管復(fù)合材料、聚合物碳納米纖維復(fù)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(shù)在阻燃材料中的發(fā)展，指出未來納米材料可能會發(fā)展成為制備良好阻燃劑的優(yōu)良材料。

納米技術(shù)，阻燃材料，碳納米纖維，親水性

近年來，隨著納米技術(shù)和納米材料逐漸的走進(jìn)大眾的生活，對納米材料展開的研究也逐漸的成為現(xiàn)代材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，并且這一材料被認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ牟牧稀＜{米復(fù)合材料具有韌性佳、高強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)，在制備過程中無機(jī)物添加量低。此外，這一材料還具有二維尺寸穩(wěn)定性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，能夠很好地阻隔熱能，具有良好的熱穩(wěn)定性和燃燒的耐火性。因此，在未來其很有可能會發(fā)展成為制備良好阻燃劑的優(yōu)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(xué)性質(zhì)。在現(xiàn)今的研究基礎(chǔ)上，人們已經(jīng)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(gòu)造單位用于制造與傳統(tǒng)材料具有相同用途的物質(zhì)，但由于其特殊的構(gòu)成又具有不同于傳統(tǒng)材料的奇特性能，這一制造和發(fā)明將會給生產(chǎn)力的發(fā)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(xiàn)如今面臨的一系列問題，如能源、環(huán)境保護(hù)等。

2 納米技術(shù)在阻燃材料中的發(fā)展

2.1 聚合物碳納米管復(fù)合材料

聚合物碳納米管復(fù)合材料作為阻燃劑有著明顯的優(yōu)勢，在實(shí)際的阻燃劑應(yīng)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(yōu)點(diǎn)：1)具有較大的長徑比，作為一種無機(jī)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(xù)性的、具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的保護(hù)炭層，并且形成的保護(hù)炭層表面不易產(chǎn)生裂縫，基本不收縮。由聚合物碳納米管復(fù)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(jī)材料而言，聚合物碳納米管復(fù)合材料在作為阻燃劑方面有很大的優(yōu)勢。2)與高聚物具有良好的相容性。眾所周知，以普通的無機(jī)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(jìn)行表面改性，才能夠使該無機(jī)分子材料在基質(zhì)中均勻分布，但將聚合物碳納米管復(fù)合物作為阻燃劑材料時，無需對其進(jìn)行表面改性，就可以和多種高聚物達(dá)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(zhì)的引燃時間，有研究表明，聚合物碳納米管復(fù)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(fù)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(jīng)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(jié)構(gòu)和性能優(yōu)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(qiáng)度高、導(dǎo)電性能好、結(jié)構(gòu)致密、比表面積大等優(yōu)點(diǎn)，相對于傳統(tǒng)的納米材料而言，其缺陷少，因此也可以作為增強(qiáng)聚合物力學(xué)性能的亞微米增強(qiáng)劑，在多種熱固性和熱塑性樹脂中廣泛應(yīng)用，此種復(fù)合材料的強(qiáng)度和模量比純樹脂高5倍左右，且具有多種優(yōu)異性能。同時，聚合物碳納米纖維作為一種新型的阻燃劑，經(jīng)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(shí)際的生產(chǎn)中，只需要向阻燃劑材料中加入5%的碳納米纖維，就可以達(dá)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(shí)際的生產(chǎn)中使用較為劃算，應(yīng)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(jī)阻燃劑，由于其單獨(dú)使用時阻燃效果較差，因此在使用過程中不能夠單獨(dú)進(jìn)行使用，研究表明，三氧化二銻在和鹵系的阻燃劑進(jìn)行配合使用時能夠達(dá)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(xié)效劑。在實(shí)際的作用過程中，單獨(dú)使用鹵系阻燃劑即可達(dá)到理想的阻燃效果，但這種做法卻惡化了材料的物理機(jī)械性能。因此，將納米化的三氧化二銻進(jìn)行表面改性，再和鹵系阻燃劑進(jìn)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(fā)揮其良好的阻燃作用，但相較于聚合物碳納米管復(fù)合材料和碳納米纖維而言，在實(shí)際中的應(yīng)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(jīng)過納米化，并進(jìn)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(fù)合材料的物理機(jī)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(qiáng)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(jìn)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(tuán)聚，導(dǎo)致該復(fù)合材料的阻燃性降低。因此，納米氫氧化鋁材料必須進(jìn)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(jī)阻燃劑，在阻燃體系中發(fā)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(yōu)點(diǎn)。氫氧化鎂物質(zhì)在制備、運(yùn)輸和使用的過程中都不會產(chǎn)生對人體及環(huán)境有害的物質(zhì)，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(chǎn)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(huán)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(xué)材料組成的復(fù)合材料，氫氧化鎂納米復(fù)合物在賦予復(fù)合材料良好的阻燃性能的同時，對該種復(fù)合材料的物理性能也有一定的提高因此是最具開發(fā)潛力的阻燃劑。

3 結(jié)語

在21世紀(jì)，納米材料已經(jīng)在阻燃科學(xué)領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用，因此對新型阻燃納米復(fù)合材料展開深入的研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。聚合物碳納米管復(fù)合材料作為阻燃劑有著明顯的優(yōu)勢，在實(shí)際的阻燃劑應(yīng)用中也最為廣泛，屬B1級阻燃材料；聚合物碳納米纖維復(fù)合材料在實(shí)際的應(yīng)用中只需要很少的使用量就可以達(dá)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(shí)際的生產(chǎn)中使用較為劃算，應(yīng)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(huán)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(yōu)勢，屬于A級阻燃材料，可以預(yù)見，在不久的將來，氫氧化鎂復(fù)合材料將會在阻燃劑領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。

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[2] 周全會.淺談PLS納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和阻燃性能[J].消防科學(xué)與技術(shù),2014,23(5):480-482．

[3] 郭 磊,李紅巖,王 峰,等．納米復(fù)合材料制備方法的研究進(jìn)展[J].絕緣材料,2015,38(4):55-58,64．

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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(quán)(1983- )，男，助理工程師

TB383

A