聚合物／层状硅酸盐纳米复合材料的阻燃性能研究进展

纳米材料阻燃性能及应用前景研究进展引言纳米材料是一种具有尺寸在纳米量级（1-100纳米）的特殊材料，相比传统材料，具有独特的物理、化学和电子性质。

纳米材料具有较大的比表面积、比表面活性和较小的尺寸效应等特点，使其在许多领域具有广泛的应用潜力。

其中一个应用领域是阻燃材料。

随着纳米材料在阻燃领域的研究日益深入，人们对纳米材料阻燃性能及其应用前景产生了浓厚的兴趣。

本文将对纳米材料阻燃性能及应用前景的研究进展进行综述。

一、纳米材料阻燃性能纳米材料由于其特殊的尺寸效应和表面效应，使其具有优异的阻燃性能。

研究表明，纳米材料可以通过以下几个方面来提高材料的阻燃性能：1. 溶胶-凝胶法制备纳米材料溶胶-凝胶法是一种常用的纳米材料制备方法，通过控制溶胶和凝胶的反应条件，可以调控纳米材料的结构和性能。

例如，采用溶胶-凝胶法合成无机氧化物纳米材料，可以提高阻燃材料的热稳定性和耐燃性。

2. 纳米粒子的表面修饰纳米粒子的表面修饰可以增强材料的阻燃性能。

通过改变纳米粒子的表面性质，可以增强材料的炭化特性、抑制热解和延缓燃烧速率。

近年来，研究人员通过将聚合物包覆在纳米粒子表面或利用金属氧化物修饰纳米粒子表面等方法，成功提高了材料的阻燃性能。

3. 纳米复合材料的构筑纳米复合材料是指将纳米材料与基体材料进行复合得到的材料。

通过在基体材料中引入纳米材料，可以提高材料的热稳定性、抗烧蚀性和抑制烟雾生成能力。

研究发现，纳米复合材料具有更好的阻燃性能和热分解特性，具有广阔的应用前景。

二、纳米材料阻燃应用前景纳米材料具有出色的阻燃性能，可以在多个领域应用，拥有广阔的前景。

以下是几个纳米材料在阻燃领域的应用前景：1. 电子设备随着电子设备的普及，电子设备的火灾事故也时有发生。

纳米材料作为阻燃新材料，可以有效提高电子设备的安全性能，降低火灾事故的风险。

2. 轻量化材料纳米材料具有轻质、高强度和良好的抗热性能，可以用于制造轻量化材料，如汽车和飞机等。

综述专论于娜娜* 朱江兰 乔钰 张丽坤摘要：近年来，聚合物基有机/无机纳米复合材料作为材料科学领域中的一枝新秀，已引起人们的广泛关注，这类材料具有有机和无机材料的特点，并通过两者之间的耦合产生出许多优异的性质，有着广阔的应用前景。

聚合物与蒙脱土插层是制备高性能聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的一种新方法，也是当前材料科学领域的研究热点。

本文从材料结构及性能、制备方法、存在的问题及发展前景等方面较详细地综述了该领域的研究进展情况。

关键词：聚合物；层状硅酸盐；纳米复合材料；蒙脱土。

中图分类号：TB332 文献标志码：A 文章编号：T1672-8114(2011)10-001-05（中北大学化工与环境学院，山西 太原030051）聚合物基纳米复合材料是指由分散相尺寸为纳米级（小于100nm）的超微细分散体系与聚合物复合所得的材料。

分散相分散的程度、分散相与聚合物之间的界面粘接、分散相与基体各自的性质等是纳米复合材料性能的决定因素[1]。

对聚合物/层状硅酸盐（PLS）纳米复合材料来讲，研究制备插层或剥离的纳米复合材料的工艺技术以及影响蒙脱土插层与剥离的主要影响因素是这一领域的首要问题。

笔者主要综述了PLS纳米复合材料的结构、特征、各种制备方法、目前存在的问题及其发展前景。

1 PLS纳米复合材料的结构及特性1.1 PLS纳米复合材料的结构在众多的无机增强体中，层状无机物以其独特的结构及性能得到了广泛的应用，尤其是能够碎裂成纳聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料制备研究进展米尺度的层状硅酸盐（2:1型蒙脱土）。

层状硅酸盐具有两个特殊性能[2]：①能够分散成晶层,得到长径比高达1000的完全分散晶层；②可以通过有机阳离子的离子交换反应来调节层状硅酸盐的表面活性。

因此，多选用层状硅酸盐来制备聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料。

在聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料中，聚合物与硅酸盐片层层层交叠，界面间有不同程度的黏结，可达到分子水平的相容[3]。

论聚合物-层状硅酸盐纳米复合材料的最新研究论聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的最新研究现在已用于阻隔薄膜、阻燃产品和承重部件等领域。

其中特别引人注目的是最近发展起来的聚合物／层状硅酸盐纳米复合材料，因为与纯聚合物和传统的复合材料相比，这类材料力学性能和其它性能的改进非常明显。

本文综述了关于聚合物／层状硅酸盐纳米复合材料的基本理论和技术的最新进展。

1历史回顾在半个世纪前的专利文献中可以发现，人们曾尝试过制备聚合物／层状硅酸盐复合材料。

人们将40-50t的粘土矿物加入到聚合物中，但结果不理想：在粘土含量达50t时，复合材料的最大模量只提高200。

这是因为粘土颗粒在基体中并没有实现良好的分散，而是团聚成团。

分散不好的粘土颗粒能提高材料的刚性，但肯定会牺牲材料的拉伸强度、断裂伸长率和韧性。

由于亲水的硅酸盐和亲油的塑料相容性很差，硅酸盐片层很难在聚合物基体中均匀分散或剥离。

日本Unitika公司曾尝试过解决这个难题，在大约30年前他们通过分散有蒙脱土的已内酰胺原位聚合制得了尼龙６／层状硅酸盐复合材料，但结果并不理想。

1987年，这个问题才发生重大突破，丰田中心研究和发展公司的Fukushima和Inagaki仔细地研究了聚合物／层状硅酸盐复合材料后，用季铵盐取代粘土片层间的无机离子，成功地改善了粘土与聚合物基体的相容性。

1993年，丰田中心研究和发展公司的Usuki、Fukushima 和他们的同事第一次报告通过已内酰胺的原位聚合制备了剥离型的尼龙６／蒙脱土纳米复合材料（季铵盐改性的蒙脱土事先被均匀地分散于已内酰胺中）。

2层状硅酸盐及其改性剂的结构用于制备聚合物／层状硅酸盐复合材料的常用的粘土属于同一个硅酸盐大家族。

它们的晶体结构包含由两个硅氧四面体和一个铝氧或镁氧八面体构成的片层。

片层厚约1nm，长宽30nm到数微米不等，有些特殊的层状硅酸盐甚至更大。

这些片层规则地层叠在一起。

片层中存在部分同位置换（如Al 3被Mg 2或Fe 2置换，Mg 2被Li 1置换），导致片层带负电，片层所带负电荷由片层间隙中的金属阳子来平衡。

纳米阻燃材料的研究进展随着人们对于环境和生命安全的关注度越来越高，对于防火安全的需求也越来越大。

阻燃材料就是一种能够抵御燃烧或者降低燃烧速率的材料。

而随着纳米技术的发展，纳米阻燃材料成为了研究热点之一。

在这篇文章中，我们将会介绍纳米阻燃材料的研究进展及其应用前景。

纳米阻燃材料是一种利用纳米粒子或者纳米层做阻燃剂的材料，它可以通过纳米粒子的反应与热交换的方式来达到阻燃效果。

目前，纳米阻燃材料主要分为无机纳米阻燃材料和有机纳米阻燃材料两种。

无机纳米阻燃材料的研究无机纳米阻燃材料目前较为常见的为纳米氧化铝、纳米二氧化硅等。

在阻燃材料中添加微米级别的无机颗粒已经有了一定的应用，但是由于其颗粒的大小太大，与阻燃材料之间的作用力比较弱。

而不同于微米级别的无机颗粒，纳米颗粒可以提高材料的阻燃性能，增加材料的界面红外吸收，并且均匀地分散在材料中，使得整个阻燃效果得以提升。

纳米氧化铝是一种常用的无机阻燃剂，并且用于多种不同材料的合成。

在聚乙烯等高分子材料中，添加纳米氧化铝可以有效降低材料的燃烧速率。

研究表明，添加1%的纳米氧化铝可以使得聚乙烯的热释放速率降低65%以上，热释放总量下降60%以上。

在玻璃纤维增强聚酰亚胺耗材中添加纳米氧化铝也达到了相似效果，并且有研究表明在不同的基体材料中，纳米氧化铝也可以发挥更为卓越的阻燃效果。

有机纳米阻燃材料的研究相比无机材料，有机纳米阻燃材料则是当前较为热门的研究方向之一。

有机纳米阻燃材料主要包括碳纳米管和纳米黏土。

碳纳米管由于其在热和化学防护方面的优异性能，被广泛应用于阻燃以及其他领域中。

在聚合物等高分子材料中，添加碳纳米管不仅可以主动展示出阻燃效果，同时还可以有效地提升材料的强度，增加材料的机械性能。

同时，碳纳米管也具备着很好的导电特性，因此可以用于某些特定的领域。

纳米黏土在聚酰胺、聚丙烯、聚氨酯等高分子材料中的应用也得到了广泛的关注。

纳米黏土具有高比表面积和低导热率等性质，并且可以与其它聚合物相很好地混合，因此使用纳米黏土可以提升阻燃效果并且改变材料的机械性能和透明性。

工 程 塑 料 应 用ENGINEERING PLASTICS APPLICATION第47卷，第10期2019年10月V ol.47，No.10Oct. 2019128doi:10.3969/j.issn.1001-3539.2019.10.024纳米层状阻燃复合材料的制备及研究进展陈月铃，勾星月，曹智文，吴婷，冉隆昌，彭娅，李正秋(西华大学材料科学与工程学院，成都 610039)摘要：介绍了三种利用纳米层状结构材料对聚合物进行阻燃改性的机理，包括阻挡层机理、炭层阻燃机理、层间活性位点自由基捕捉机理。

比较了熔融插层法、溶液插层法、原位聚合插层法等常用的插层复合法的优劣，详细介绍了近年来研究较多的纳米层状阻燃添加剂如石墨烯、层状双金属氢氧化物、蒙脱土和α–磷酸锆在聚合物中的机理和作用效果，旨在为层状阻燃复合材料的研究提供一些思路与启发。

关键词：纳米层状材料；插层复合；阻燃中图分类号：TB322 文献标识码：A 文章编号：1001-3539(2019)10-0128-07Preparation and Progress of Layered Flame Retardant NanocompositesChen Yueling ， Gou Xingyue ， Cao Zhiwen ， Wu Ting ， Ran Longchang ， Peng Ya ， Li Zhengqiu(School of Materials Science and Engineering ， Xihua University ， Chengdu 610039， China)Abstract ：Flame-retardant mechanism of the polymer ／layered nanocomposites was reviewed ，including the barrier mechanism ，the flame-retardant mechanism of char layer ，and free radical capture mechanism of interlayer active sites. The advantages and disadvantages of the common methods such as melt intercalation method ，solution intercalation method and in-situ polymerization intercalation method were compared. The mechanism and effect of nanometer layered flame retardant additives such as graphene ，layered bimetallic hydroxides ，montmorillonite and alpha zirconium phosphate in polymer were introduced in detail ，in order to provide some ideas and inspirations for the research of lamellar flame retarding composites.Keywords ：nanometer layered material ；intercalation compounding ；inflaming retarding 层状阻燃技术是将二维平面纳米尺度的层状粒子与聚合物进行插层复合，获得一种聚合物均匀分散在纳米层间的两相复合结构，以提高聚合物的阻燃性能的技术。

聚合物阻燃新途径——聚合物 粘土纳米复合材料的特殊阻燃性舒中俊1,漆宗能2,王佛松2(11中国人民武装警察部队学院消防工程系,廊坊　065000;21中国科学院化学所工程塑料国家重点实验室,北京　100080) 摘要:介绍了聚合物 粘土纳米复合材料的特殊阻燃性,提出了需要进一步研究的问题,并展望了这类新材料在阻燃领域的应用前景。

关键词:聚合物;粘土;纳米复合;阻燃随着高分子材料科学与工程的发展,各种新型的聚合物及其复合材料以其优异的综合性能正在逐步取代传统材料,而广泛应用于社会生产与生活的许多领域。

由于这类材料中的有机树脂具有可燃性,在它们给人们的生产与生活带来巨大便利的同时,也带来了潜在的火灾安全问题。

火灾是威胁人类安全的主要灾害之一。

每年世界范围的火灾给人类的生命和财产造成巨大损失。

仅就我国而言,1997年,全国因火灾死亡的人数为2722人,受伤4930人,总经济损失(直接和间接的)在60亿元以上(不包括森林、草原等特殊领域火灾造成的损失)。

从火灾类型来看,建筑火灾和交通工具火灾约占80%[1]。

这些火灾几乎都涉及到聚合物材料的燃烧,它们的燃烧特性直接影响火灾的进程与危害程度,因此,研究聚合物及其复合材料的燃烧特性和阻燃防火技术对预防火灾减少损失保护人民生命财产安全具有重要意义。

1　聚合物及其复合材料的火灾安全对聚合物及其复合材料而言,只要其有机树脂的含量(重量)超过50%,一旦暴露于着火环境,就不可避免的产生火灾安全问题[2]。

就典型的受限空间的火灾来说,聚合物及其复合材料引起的火灾安全问题主要包括如下几个方面:(1)助火成灾。

聚合物受热熔融、分解放出可燃蒸气及其燃烧放出的热量,将促进室内火灾的发展,缩短轰燃(flashover)出现的时间。

轰燃的过早出现,将给人员疏散和灭火救援造成巨大的威胁。

(2)聚合物的燃烧产物(如CO,HC l,HB r,HCN等)大部分具有很高的毒性。

资料表明[3],近些年来,吸入有毒烟气已经成为人员在火灾中死亡的主要原因。

Vol 134№3(Sum 1173)J une 2006塑料科技PL ASTICS SCI 1&TECHNOLO GY文章编号:100523360(2006)0320053205有机硅/聚合物阻燃改性应用与研究进展周盾白1,2,贾德民1,黄险波2(1.华南理工大学材料学院,广东广州510640;2.金发科技股份有限公司,广东广州510620) 摘　要:　介绍了有机硅/聚合物阻燃改性的应用和研究进展。

通过有机硅对聚合物进行物理(共混)和化学改性(共聚、交联和接枝),聚合物的阻燃性能、加工性能、热稳定性和力学性能均得到改善。

有机硅还和一些阻燃剂存在协效作用,能在阻燃材料中起到阻燃协效剂、加工助剂和分散剂的作用。

关键词:　有机硅;阻燃改性;共混;共聚;交联;接枝中图分类号:TQ32513文献标识码:A 基金项目:国家自然科学基金项目(20304003)作者简介:周盾白(1972—),男,博士后。

研究方向为聚合物改性。

收稿日期:2006202223 硅系阻燃剂具有诸多优点,如含硅阻燃聚合物燃烧热值低,燃烧时少烟无毒,火焰传播速度慢;同时还能改善基体树脂的力学性能和耐热性能等。

因此尽管硅系阻燃剂的成本较高,仍然成为近年来研究的热点。

硅系阻燃剂分为无机硅阻燃剂和有机硅阻燃剂两种,对无机硅阻燃剂的研究既有对传统的无机硅填料的阻燃研究[122],也有对新型材料———聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料阻燃性能的研究[325]。

对无机硅阻燃材料的研究目的主要是提高无机硅填料与基体的相容性,并提高其阻燃效率。

有机硅系阻燃剂具有高效、低烟、无毒、防熔滴、对基材性能影响小等优点,对有机硅系阻燃材料的研究主要是通过改进分子结构、提高分子量等来提高阻燃效果、改善成炭性及基体材料的加工和力学性能[6]。

1　有机硅/聚合物共混阻燃改性有机硅具有优异的热氧化稳定性,这是由构成分子主链的硅氧键的性质所决定的。

有机硅的闪点几乎都在300℃以上,具有难燃性。

阻燃剂的研究发展现状陈浩然;李晓丹【摘要】This paper introduces halogee flame - retardants,phosphorous flame - retardants, siliceous flame - retardants and nitrogenous flame - retardants. Retardant effect and application effect are analyzed from retardant mechanism. It is considered that the research of halogen -free, high efficient, environmental flame -retardants will be the development trend of the flame - retardants.%本文分别介绍了卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、硅系阻燃剂和氮系阻燃剂，从机理上分析各类阻燃剂的阻燃效果、应用效果，并指出无卤高效环保型阻燃剂的研究是今后发展方向。

【期刊名称】《纤维复合材料》【年(卷),期】2012(000)001【总页数】4页(P18-21)【关键词】阻燃剂;阻燃机理;卤系阻燃剂;磷系阻燃剂;硅系阻燃剂;氮系阻燃剂;无卤环保型阻燃剂【作者】陈浩然;李晓丹【作者单位】哈尔滨玻璃钢研究院,哈尔滨150036;哈尔滨玻璃钢研究院,哈尔滨150036【正文语种】中文【中图分类】TQ314.248由于有机聚合物材料具有独特的物理、化学性质和良好的加工性能，近几十年来，塑料、橡胶、合成纤维等聚合物材料及其制品得到蓬勃发展，获得了显著的经济效益和社会效益。

但是大多数聚合物材料属于易燃、可燃材料，在燃烧时具有燃烧速度快、发热量高、产烟量大以及释放毒性气体等特点。

统计表明，在火灾中造成人员伤亡的主要原因不是火，而是在燃烧中放出的这些烟雾和毒气，严重危害了人们生命和财产的安全。