納米阻燃-阻燃材料的新選擇
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展及生活質(zhì)量不斷提高，人們對(duì)阻燃產(chǎn)品 提出了越來越高的要求，從單純的阻燃到低煙、無毒再到綠色環(huán)保、循環(huán)使用，可燃材料也從最初單純只考慮阻燃性能，到具有優(yōu)異的阻燃性能、外觀及力學(xué)性能 等，再到注重加工、使用及廢棄后對(duì)生態(tài)環(huán)境及人類健康的有害影響。當(dāng)前阻燃材料具有優(yōu)異的阻燃性能，在一定程度起到阻滯燃燒、延緩火災(zāi)的作用，但也存在力 學(xué)性能、影響生態(tài)環(huán)境等方面的不足。隨著納米材料在力學(xué)、電磁學(xué)、熱學(xué)及光學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用，納米阻燃技術(shù)的發(fā)展有利改善傳統(tǒng)阻燃技術(shù)的缺點(diǎn)，在未來阻燃材 料領(lǐng)域?qū)⒂袕V闊的發(fā)展前景。
納米阻燃體系顧明思議就是使用納米尺寸的阻燃劑進(jìn)行阻燃改性，是一種新型的阻燃體系，極少量（≤5%Wt）納米阻燃劑的加入即能顯著降低高分子材料燃燒時(shí)的熱釋放速率（HRR）和煙密度（SEA），延緩其燃燒過程，還能在不同程度上提高材料的力學(xué)性能，被譽(yù)為阻燃技術(shù)的新革命。
納米阻燃劑按照維度可分為以下三種：a.一維納米材料：碳納米管（Carbon Nanotubes）及各種晶須，如鎂鹽晶須及碳酸鈣晶須；b.二維納米材料：層狀黏土，如蒙脫土（MMT）、高嶺土、氧化石墨、層狀雙金屬氧化物（LDH）等；c.零維納米材料，納米氫氧化硅、氫氧化鎂、二氧化鈦及富勒烯（C60）等。
碳納米管
富勒烯（C60）
層狀硅酸鹽納米阻燃體系
聚合物/層狀硅酸鹽納米阻燃材料涉及陽離子粘土礦物蒙脫土、陰離子黏土礦物層狀雙金屬氫氧化物、非離子型黏土礦物高嶺土等原料，通過形成插層或者剝離型結(jié)構(gòu)，制備了PA、PP、PE及PMMA等納米級(jí)復(fù)合阻燃材料。
蒙脫土及聚合物/黏土納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)
納米層狀硅酸鹽中含有炭化層，燃燒過程中可降低熱釋放速率（PHRR）峰值，且黏土在高溫下分解形成的類氧化硅組分向表面遷移，使得表面硅、氧原子富集，碳原子相對(duì)溶度降低，形成了阻隔層，隔斷聚合物表面與外界熱源間的熱傳導(dǎo)，從而延緩材料的燃燒，提高材料的阻燃性能，有效降低復(fù)合材料燃燒時(shí)煙、有毒物質(zhì)等的產(chǎn)生。
聚合物/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料的燃燒參數(shù)
2.碳納米管阻燃體系
研究者發(fā)現(xiàn)，PP/碳納米管（CNT）納米復(fù)合材料與相比PP/層狀納米硅酸鹽復(fù)合材料相比，具有以下幾個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)：a.碳納米管容易分散，無須進(jìn)行有機(jī)化處理；b.無須使用PP-g-MAH等相容劑，而且碳納米管僅僅加入0.5%就可使材料的熱釋放速率峰值和質(zhì)量損失速率大大降低；c.有機(jī)黏土的加入會(huì)降低體系的引燃時(shí)間，而碳納米管體系的引燃時(shí)間可基本保持不變。
3.富勒烯（C60）阻燃體系
富勒烯（C60）具有超高的捕捉自由基的能力，被稱為“自由基海綿”，一個(gè)C60分子可以捕捉至少34個(gè)自由基。聚烯烴的降解和燃燒一般都是通過自由基鏈的β-scission方式進(jìn)行的，可以想象， C60對(duì)PP的燃燒降解性能將會(huì)產(chǎn)生很大影響。C60在低添加量時(shí)就可以大幅提高PP的熱穩(wěn)定性，提高PP的熱氧化降解溫度，延遲PP的引燃時(shí)間及降低PP燃燒時(shí)的熱釋放速率峰值。這是因?yàn)镃60一方面吸收PP燃燒時(shí)生成的自由基，影響PP的正常燃燒，另外一方面是每個(gè)C60分子可與幾十個(gè)自由基反應(yīng)，提高熔體的黏度，結(jié)果就是延緩了PP的燃燒，降低燃燒時(shí)峰值的熱釋放速率。
4.納米阻燃體系存在的問題
a.目前黏土的有機(jī)插層劑仍以易燃的長(zhǎng)鏈烷基鹽為主，缺乏針對(duì)提高阻燃性能的有機(jī)插層劑。該鹽的高溫時(shí)易降解，降低材料的點(diǎn)燃時(shí)間，故其不適用于加工溫度高的工程塑料。
b.納米阻燃的機(jī)理尚在于如黏土體系阻擋層機(jī)理、自由基捕捉機(jī)理和碳納米管體系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等籠統(tǒng)解釋下，無系統(tǒng)的研究和闡述。
c.納米阻燃試驗(yàn)雖在降低材料的熱釋放速率峰值和質(zhì)量損失速率效果顯著，但在傳統(tǒng)的UL-94和LOI測(cè)試中不盡人意。不同阻燃機(jī)理和燃燒試驗(yàn)方法制件的關(guān)聯(lián)性需進(jìn)一步的研究。將納米阻燃劑與傳統(tǒng)的阻燃劑復(fù)配，達(dá)到協(xié)同阻燃的目的是將來阻燃體系的一個(gè)重要發(fā)展方向。
綜上所述，納米阻燃復(fù)合材料具有很好的阻燃性能、環(huán)保效果 好，燃燒時(shí)放出的有毒氣體少，納米填充量少及產(chǎn)品趨于多功能化發(fā)展等特點(diǎn)，未來在汽車、電子電器和航空等領(lǐng)域具有很大的發(fā)展空間。雖仍有很多急需解決的實(shí) 際問題，但在工程技術(shù)不斷進(jìn)步的情況下，納米阻燃材料將會(huì)有長(zhǎng)遠(yuǎn)的進(jìn)步。
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