近5年問(wèn)世-塑料阻燃技術(shù)的革命聚合物·無(wú)機(jī)物納米復(fù)合材料

　　20世紀(jì)80年代末，聚合物/無(wú)機(jī)物納米復(fù)合材料研究逐漸興起，這為阻燃聚合物材料的研發(fā)開(kāi)辟了新的途徑，被國(guó)外有關(guān)文獻(xiàn)譽(yù)為塑料阻燃技術(shù)的革命。

　　說(shuō)起納米材料，大家并不陌生。納米是一種長(zhǎng)度單位，1nm=0.000000001m，差不多一根頭發(fā)絲直徑的六萬(wàn)分之一。

　　而納米材料指的則是本身至少有一維尺度小于100nm的材料。

　　聚合物/無(wú)機(jī)物納米復(fù)合材料又是什么

　　是一種效果非常好的阻燃劑嗎？阻燃作用機(jī)理是什么？有哪些分類呢？

　　聚合物/無(wú)機(jī)物納米復(fù)合材料是指以特殊的技術(shù)制備的納米級(jí)無(wú)機(jī)物分散在聚合物基體中形成的復(fù)合材料。由于納米級(jí)材料極大的比表面積而產(chǎn)生的一系列效應(yīng)，如密度小、機(jī)械性能強(qiáng)、與聚合物相容性好，特別是這類材料的耐熱性和阻燃性能，使得它們具有較常規(guī)聚合物復(fù)合材料無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)30年的發(fā)展，關(guān)于聚合物/無(wú)機(jī)物納米復(fù)合材料的研究已經(jīng)有了較大的突破。

　　無(wú)機(jī)納米粉體化合物

　　包括納米金屬氧化物與氫氧化物、POSS化合物等

　　（PP/疏松型納米氫氧化鎂微囊構(gòu)想圖）

　　納米金屬氫氧化物包括納米級(jí)氫氧化鎂（MH）和氫氧化鋁（ATH）。它們常用于聚丙烯（PP），聚乙烯（PE），聚苯乙烯（PS），聚酰胺（PA），乙烯-乙烯醇共聚物（EVA）等聚合物材料的阻燃性能研究。

　　籠形聚倍半硅氧烷（POSS） 即類似于二氧化硅的無(wú)機(jī)納米籠形結(jié)構(gòu)體，能被多個(gè)位于籠形體頂角上的有機(jī)基團(tuán)包圍。特點(diǎn)：其結(jié)構(gòu)上的有機(jī)基團(tuán)決定著POSS單體的性質(zhì)，如結(jié)晶性、溶解性、及聚合物基體的相容性。

　　無(wú)機(jī)納米層狀化合物

　　包括層狀雙氫氧化物（LDHs）、層狀硅酸鹽、磷酸鋯（ZrP）等

　　層狀雙氫氧化物（LDHs）：主客體結(jié)構(gòu)，主體是帶正電的金屬氫氧化物片層，客體是插層陰離子和水分子。

　　層狀硅酸鹽：由一個(gè)鋁氧(鎂氧)八面體夾在兩個(gè)硅氧四面體之間靠共用氧原子而形成的層狀結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)、寬從30nm到幾微米不等，層與層之間靠范德華力結(jié)合，并形成層間間隙。

　?。ü杷猁}天然礦物蒙脫土）

　　磷酸鋯（ZrP）材料：一種多功能材料，既有離子交換樹(shù)脂一樣的離子交換性能，又有沸石一樣的擇形吸附和催化性能。同時(shí)又有較高的熱穩(wěn)定性和較好的耐酸堿性。

　　納米管狀化合物

　　應(yīng)用最多的主要是碳納米管（CNTs）

　?。ㄌ技{米管）

　　優(yōu)點(diǎn)：較高的長(zhǎng)徑比，容易在聚合物基體中滲透形成網(wǎng)絡(luò)，可以同時(shí)改善聚合物的阻燃與力學(xué)性能。尤其是對(duì)于多壁碳納米管（MWNT）的研究表明，將MWNT用于聚合物基體中形成納米復(fù)合材料后，可以賦予聚合物優(yōu)良的阻燃性能。當(dāng)然這可能與其良好的協(xié)效作用相關(guān)，研究表明只需添加極少量的MWNT即可達(dá)到較好的阻燃效果。

　　納米金屬催化劑

　　研究最多的是鎳催化劑（Ni-Cat）

　　（鎳催化劑）

　　鎳催化劑（Ni-Cat）：一種由帶多孔結(jié)構(gòu)的鎳鋁合金細(xì)小晶粒組成的固態(tài)異相催化劑，多孔結(jié)構(gòu)，比表面積大，催化活性強(qiáng)。研究表明，添加少量的納米鎳即能起到良好的阻燃和抑煙效果。

　　最后，總結(jié)下聚合物/無(wú)機(jī)物納米復(fù)合材料的優(yōu)缺點(diǎn)

　　優(yōu)點(diǎn)：

　　1.納米化合物，通常只作為阻燃協(xié)效劑或催化劑使用；

　　2.主要提升材料的機(jī)械性能、熱性能，部分具有一定的抑制煙氣生成、降低燃燒氣體毒性的功能；

　　3.使用量較少，通常添加0.1%-5%即可取得較好的協(xié)效作用。

　　缺點(diǎn)：

　　1.需要同其他阻燃劑結(jié)合使用，單獨(dú)使用很難達(dá)到效果；

　　2.受當(dāng)前納米技術(shù)限制，聚合物/無(wú)機(jī)物納米復(fù)合材料綜合成本高，性價(jià)比較低。

　　相信隨著納米技術(shù)的快速發(fā)展以及納米產(chǎn)品的不斷更迭，今后在阻燃行業(yè)，納米材料也會(huì)得到更多的應(yīng)用，聚合物/納米復(fù)合材料的使用也會(huì)越來(lái)越多，前景將是一片光明！

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