层状硅酸盐纳米复合材料的阻燃研究及现状分析

摘 要 ：聚合物／ 层状硅 酸盐 （ Ｌ ）纳米复合材料是 国内外阻燃材料领 域 中近年 来研 究的热 点。它满足 了 ＰＳ 新型阻燃 材料发展 的要求 ，在提高 阻燃性 能的 同时能够很 少 降低 或者不 降低材 料原有 的其他 性能 ，有 时甚至可 以提 高部 分聚合物基体 的机械性 能、气体 阻隔性能、环保 性能等。本 文综述 了聚合 物／ 层状硅 酸盐纳米 复合材料 的研 究近况 ；简要介绍 了该纳米 复合材料 的特 点及 阻燃 性 能的测试 ；讨 论 了其 燃烧 性能和 阻燃 机理 ；重点研 究 了以聚酰胺 （ Ａ）等聚合物为基质 、以层状硅 酸盐为无机 阻燃添加 剂 的纳米 复合材料 的阻燃性 能。通 过与常规 Ｐ 阻燃 剂进 行比较 ，发现聚合物／ 层状硅 酸盐纳米复合材料在 阻燃性 能、机械 性能、加工性 能和 环保 等方面均优 于 常规阻燃剂 ；最后本文还指 出了该材料在 阻燃研 究 中目前 尚存在 的问题 ，并对其开发应用前景进行 了展望 。 关键 词 ：消 防；聚合物／ 层状硅 酸盐 ；纳米复合材料 ；阻燃 中图分类号 ：Ｔ ７ Ｑ１ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号 ：１０ —５ ２ 一 （０ １ ６ ０ １ ０ ０ ９ ６ ４ ２ １ ）０ —０ ２ — ４
系 阻燃 剂 ， 由 于其 毒 性 、热 稳 定 性 、迁 移 性 、 发 烟量 、添加 量 等 方 面 的不 足 ，也 限制 了 其 应 用 范 围 。对于无 机 阻燃剂 ，如氢氧 化 铝 （ ＡＴＨ） 、氢 氧 化镁 （ ＭＨ） 、金 属 氧 化 物 、玻 纤 等 ，一 般 来 说 这 些无机填料热稳定性 好 ，不产 生腐蚀性及有 毒气 体 ，难 挥 发 ， 因而 得 到 了 广 泛 应 用 。但 是 由 于无 机 阻燃 填 料 阻 燃 效 果 差 ，添 加 量 大 ，对 材 料 的 加 工性 能 、成 型 性 能 、物 理 机 械 性 能 和 电 气 性 能 有 较 大 不 良影 响 。 目前 虽 已采 取 了 一 些 措 施 加 以 改 善 ，如超 细化 和 表 面 改 性 ，但 差 距 仍 然 很 大 。所 以迫 切需要 开 发 出 高 性 能 、高 效 能 、环 保 型 的 新 型 阻燃聚合 物 材料 。 新型 阻燃 高 聚 物 材 料 的 发 展 方 向要 求 阻燃 体 系不 仅具有 良好 的 阻燃 性 能 ，还 应 满 足 以下要 求 ： （ ）阻燃 效 能 高 、成 本 低 ； （） 添 加 的 阻燃 剂 与 １ ２ 基 体 相容 性 好 ，不 影 响 材 料 的 物 理 机 械 性 能 、着 色性 以及 加 工性 能 ； （ ）无 毒或 低 毒 ，使 用 或 回 ３ 收处 理过 程 中不危 害环 境 或 人 体健 康 ； （ ） 燃烧 ４ 发烟 量少 ［ 。纳 米材 料在 传统 阻燃技 术 中 的应 用 为 １ ］ 开发 高性 能 材 料 和对 现 有 材 料性 能 进 行 改 善 开 辟 了一 个 新 的途 径 ，聚合 物 ／ 状 硅 酸盐 （ Ｌ ） 纳 层 ＰＳ 米复 合材 料 是 一 种 有 希 望 同 时 满 足 上 述 要 求 并 具 有较好阻燃性能 的新型高分子材料 。研究 Ｐ Ｓ纳 Ｌ 米复合材料具有重大的现实意义。
敬 ＳＥＡＲＣ｝ 量＆ １ ＥＶ ｉ《Ｐ ＥＮＴ ） ）
２ 聚合物 ／ 层状硅酸盐纳米复合材料
２ １ Ｐ Ｓ纳米 复合材 料 的研究概 况 ． Ｌ
纳米复合材料 是指 由两种或两种 以上的 固相 （ 中 分 散 相 至 少 有 一 维 达 到 纳 米 级 别 ，即 小 于 其 １０ ｍ）组合 而成 的复合 材 料［ 。在 聚合 物 纳米 复 ０ｎ ２ ］ 合 材料 的研 究领 域 中 ，有 机 聚 合 物 基／ 机 物 纳 米 无 复合材 料 由 于其 优 异 的 综 合 性 能 ，引 起 了广 泛 关 注 。其 中以层 状 结 构 的 硅 酸 盐 为 纳 米 分 散 相 的有 机 聚合 物基 ／ 机物 纳米 复合 材 料 的研 究 最 多 ，同 无 时它也是最有希望实现工业 化的聚合物／ 无机物纳 米 复合 材料 。当前美 国 Ｃ ｒｅ 大 学 以及美 国 国家 ｏｎｌ ｌ 标 准 与技术 研 究 所 （ Ｓ ＮＩＴ）在 纳米 复 合 阻燃 聚 合 物 的研 究方 面处 于领 先地 位 。 对 于 Ｐ Ｓ纳 米 复合 材料 的制 备 、结 构 及 性 能 Ｌ 的研究约始于 ２ 世纪 ８ ０ ０年代末 。１８ 年 ，日本 ９７ 丰 田公 司 中央 研 究 所 首 次 报 道 用 聚 合 插 层 法 制 备 了尼龙 ６蒙脱 土纳 米复 合材 料并 成 功 工业 化 生 产 。 ／ 自此 以后 ，Ｐ Ｓ纳 米 复 合 材 料 逐 渐 成 为各 国 研 究 Ｌ 和 开发 的热 点 。 日本 的 大 日本 油 墨 公 司 、美 国 的 Ｃ ｒ ｅｌ ｏ ｎ ｌ大学 、Ｍｉ ｉａ ｃ ｇ ｎ州 立 大学 和 中 国科 学 院 化 ｈ 学研 究 所 等 机 构 均 进 行 了 大 量 的 研 究 ，并 制 备 出 了以 Ｐ Ａ、Ｐ 、Ｐ Ｔ、Ｐ Ｔ、Ｐ 、环氧树 脂 、硅 橡 Ｓ Ｅ Ｂ Ｐ 胶 等聚 合 物 为 基 质 、 以层 状 硅 酸 盐 为 无 机 物 的 纳 米 复合 材 料 ，并 在 其 基 础 理 论 和 应 用 方 面取 得 了 系列进 展嘲 。 ２ ２ Ｐ Ｓ纳米 复 合材料 的特 点 ． Ｌ 由于 纳 米 粒 子 尺 寸 小 ，彼 此 间 距 离 非 常 近 ， 具有 特有 的量 子 尺 寸效 应 、表 面效 应 、界 面效 应 、 体积 效应 、隧道 效 应 、小 尺 寸 效 应 和 超 塑 性 等 特 点 ，使 Ｐ Ｓ纳 米 复合 材 料具 有 独 特 的物 理 、力 学 Ｌ 性能 和 阻燃性 能 。 Ｐ Ｓ纳米复合 材料与传统 阻燃 体系相 比，有 Ｌ 许 多 优点 ： （ ）添加 量 少 ，一 般 为 ３ ～ ８ （ １ 质 量） ，就 可使 聚合 物 阻 燃性 能 明显 改 善 ，添 加 量少 意 味着对 基 材 的物 理 、机 械 及 加 工 性 能 影 响 小 ； （ ）力学性能得到改善 ，其 纳米 分散 的硅酸盐 片 ２ 层结 构 在 二 维 方 向 对 聚合 物 起 着 增 强 增 韧 作 用 ； （）优 良的气体阻隔性能 ； （ ）燃烧过程污染少 ， ３ ４ 对环 境友 好 ； （ ）材 料 的 透 明度 不 受 影 响 ，纳米 ５ 尺度 分散 的硅 酸盐 片 层 厚 度 约 为 ｌ ｍ，与 可 见 光 ｎ 波 长 相 当 ，光 波可 以直 接通 过＿ 。 ２ ］
信息记录材料 ２ １ ０ 年 第 ２卷 第 ６期
研 究 跨 开 发
层 状硅 酸 盐 纳 米 复 合 材 料 的 阻燃 研 究及 现 状分 析
李
（． 北省保定市公安消防支 队，保定 １河
倩 ，王 立永
设计 院 ，保定 ０１５） ７ ０ ４
Байду номын сангаас
０ １０ ；２ ７ ０ ０ ．中国乐凯胶 片集 团公 司
１ 前 言
随着科 学 技 术 的迅 速 发 展 ，高 聚 物 材 料 广 泛 应 用 于各个 领 域 ，与 人 们 的 生 活 密 切 相 关 ，直 接 影 响着 人们 的 工 作 生 活 。然 而 ，大 多 数 高 聚 物 材 料 属 于可燃 、易 燃 材 料 ，它 们 在 燃 烧 时 热 释 放 速 率 大 ，热 值 高，火 焰传 播 速率 快 ，不 易被 扑 灭 ， 绝 大 多数 聚合 物燃 烧 时 还 会 产 生浓 烟 和有 毒 气 体 ， 造成对环境 的严 重危害 ，对 人们 的生命财 产安全 形 成 巨大 的 威 胁 。 近 些 年 来 世 界 上 发 生 的 火 灾 ， 相 当大一部 分 都 与 高 聚物 材 料 的燃 烧 有 关 。 因此 ， 如 何提 高 高 聚 物 材 料 的 阻燃 性 能 已成 为全 世 界 十 分 关 注 的消 防问题 。 高聚物 材 料 的 常规 阻 燃 方 法 是 添 加 卤 系 、磷 系或无机阻燃剂 等。对 于卤系 阻燃 剂 ，因聚合物 中含有 卤素 ，一旦燃烧会释 放 出大量 的卤化氢气 体 ，并产生很 多烟雾 ，导致二次灾 害 ，不仅 严重 腐蚀装备 、设 施 ，还会危 害人体健 康和环境 。少 用 或 不用 卤 系 阻燃 剂 已为 阻燃 界 所 认 同 。对 于 磷
收 稿 日期 ：Ｏ １ ９ ８ ２ ｌ —０ —２
作者简介 ： 李倩 （９ ２ ） 女 ， １７ 一 ， 大学本科 ， 河北省保定 市公安消 防支队 高级工程师 ， 主要从事建设 工程消 防审核 、 收方面 的研 验
究工作 ； － ｉ ｌ ｉ ｘａ ｆｎ ＠ｓｎ． ｏ Ｅ ｍａｌ ｉ ａ ｉｏａｇ ｉａ ｃｍ． ：ｑ ｎ