纳米无机阻燃剂及其阻燃机理研究进展.pdf

现代塑料加工应用2012年第24卷第5
MODERN PLASTICS PROCESSING AND APPLICATIONS
800e06
综述
纳米无机阻燃剂及其阻燃机理硏究进展
刘振宇梅文杰熊玉竹2
(1.贵州大学材料与治金学院,贵州贵阳,550003;2.国家复合改性聚合物材料工程研究中心,贵州贵阳,550009)
摘要:介绍了纳米三氧化二锑(Sb2Oa)、纳米氢氧化铝「Al(OH)3]、纳米氢氧化镁[M2(OH)2]和聚合物/纳米复合材料
的阻燃性能及其机理,总结了国内外纳米阻燃体系的发展,提出阻燃纳米复合材料方面的研究方向与建议。
关键词:无机阻燃翔纳米复合材料阻燃性机理述评
Research Advances in Inorganic Fire-retardant and
Their Flame Retardant Mechanism
Iiu Zhenyu Mei Wenjie Xiong
uhu
(1. Department of Materials and Metallurgy, Guizhou University, Guiyang
Guizhou, 550003; 2. National Engineering Research Center for Compounding and
Modification of Polymeric Materials, Guiyang, Guizhou, 550009)
Abstract: Fire-retardant properties of the fire-retardant nanomaterials such as timo
nytrioxide, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide and polymer nanocomposites are
reviewed. Their fire-retardant mechanism is summarized, and the challenges and problems
on the research of the polymer nanocomposites are put forward
Key
ds: inorganic fire-retardants; nanocomposites; fire-retardancy; mecha
nism review
随着聚合物日益广泛地运用,聚合物阻燃问纳米材料即碳纳米管(CNT)以及各种晶须等,
题受到越来越多的关注。目前,大多数聚合物都(2)二维纳米材料即层状黏土等,(3)三(零)维
以添加含卤素阻燃剂来实现阻燃目的,但其燃烧纳米材料即纳米三氧化二锑(Sb2O3)、纳米氢氧
时会产生大量的浓烟、有毒气体等,被认为是不化铝[A(OH)3]等2
环保的阻燃材料。因此含无鹵阻燃剂已成为聚
合物阻燃研究的重点领域1。
纳米无机阻燃剂
当前使用的无机阻燃颗粒一般都是在微米
尺寸,存在阻燃剂填充量较大,同时引起力学性1.1纳米Sb2O3
能的严重下降、阻燃效果不佳等缺点。随着纳米
纳米Sb2O3的颗粒多为斜长矩形体,与其他
技术的发展,纳米粒子运用在聚合物阻燃中的研阻燃剂、消烟剂并用,可产生协同效应。其主要
究日益增多,为聚合物的阻燃提供了一条新的路制备方法有副:电弧法、低压蒸发、等离子法。尹
径。纳米粒子可明显改善聚合物阻燃性能,同时
减少阻燃剂的添加量。因此对纳米无机阻燃剂
收稿日期:2012-05-12;修改稿收到日期:2012-08-17
及其机理的研究是今后聚合物无卤阻燃的重点
作者简介:刘振宇,男,硕士,研究方向为高性能复合材料。
一般纳米阻燃剂按照维度可分为3种:(1)一维
E-mail: hushliugu(@qq com
刘振字等.纳米无机阻燃剂及其阻燃机理研究进展
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荔松等采用不同的方法制备Sb2O,发现采用融插层、溶胶/凝胶法。 Fabienne等采用核磁
特殊方法制得的纳米Sb2O3较普通Sb2O:具有共振仪表征PA6/黏土纳米复合材料,发现黏土
较高的阻燃性能。
粒子在PA6基体中呈微米级分散,复合材料热
1.2纳米A(OH)3
释放速率较纯PA6的降低了25%,而改性后的
纳米AI(OH)一般较难工业生产,在实验黏土纳米粒子在PA6基体中星纳米级分散,热
室制备中主要采用液相共沉淀法。陈建峰等释放速率较纯PA6的降低了50%。由此说明
人主要采用变速滴加混合法将A1(NO3)3和氨纳米级分散更能有效提高材料的阻燃性能,且含
水(NHs?H2O)制成小于5nm的A1(OH)量的不同会直接影响到纳米粒子在聚合物中的
沉淀颗粒,同时也采用超重力方法制备出了纳米团聚。马蕊等研究了同是在纳米级分散中
级AI(OH)。。蔡挺松等?将改性后的纳米AI纳米黏土的含量对PA6阻燃性能的影响,发现
(OH)3加入到聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)当加入质量分数分别为5%和7%的纳米黏土
中,随着纳米AI(OH)3加入量的增加,PBT的时,复合材料的热释放速率峰值分别下降了
拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度都呈先增加后32%和53%,表明同为纳米级分散时,随着纳米
下降趋势。当纳米AI(OH)。加入量达到20%黏土量的增加,复合材料的阻燃性能提高。黄林
时,PBT的氧指数为28%,拉伸强度基本保持不琳研究了PA6/蒙脱土复合材料阻燃性能,发
变,而冲击强度稍有下降。陈妍等采用纳米现复合材料氧指数反而比纯PA6的小,但是复
Al(OH)3和包覆红磷(P)协效阻燃聚己二酰己合材料的热变形温度从44C提高到114℃。
二胺(PA66),发现其阻燃效果要比单独使用纳并认为主要是由于测试方法的不同所引起。
米A(OH)3效果要好。当PA66、包覆P、纳米1.5聚合物/CNT复合材料
AI(OH)3的质量比为100:13:20时,材料的
CNT在1991年被发现以来,由于其独特的
阻燃性能和力学性能较为优良。
カ学和化学等性质,被广泛地运用在新材料、生
1.3纳米Mg(OH)2
物技术各方面。 Kashiwagi等[1首先报道了
作为阻燃剂的Mg(OH)2一般要求纯度PP/CNT复合材料的阻燃性能,发现CNT不同
高,同时要具有特殊结构。纳米Mg(OH)2合成于纳米层状黏土,它的加入可以更容易在基体中
方法较多,运用较广泛的是氯化镁(或制盐矿产分散,不需要使用改性剂和相容剂,同时较少的
的卤水)为原料沉淀制得。刘立华等阳在研究纳加入量(质量分数0.5%)能使材料的热释放速
米级和微米级的Mg(OH)2对软质聚氯乙烯率值大大降低。随后 Schartee等发现的
(PVC)阻燃性能中发现,纳米级的Mg(OH)2能PA6/CNT复合材料中,单壁CNT比多壁CNT
显著提高软质PVC阻燃性能,但改性后纳米在阻燃方面更为有效。
Mg(OH)2对软质PVC的力学性能影响较小。1.6聚合物/富勒烯复合材料
李良波等?采用超微细Mg(OH)2同时加入少
富勒烯(C60)被认为具有较强的自由基捕
量十溴联苯谜作为复配阻燃剂添加到PP管捉功能,而聚烯烃的降解和燃烧一般是通过自由
(PP-R)中,当阻燃剂质量分数在15%时,材料的基链的- scission方式进行,认为加入C60必然
氧指数为27%,当再加入少量的硅烷偶联剂时,能提高聚烯烃类材料的阻燃性能。马海云