纳米技术在阻燃材料的运用.docx

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纳米技术在
阻燃材料的应用

学生姓名：陆业
学号：20070525
班级：07材化1班
指导老师：袁利萍

纳米技术在阻燃材料的应用

摘要二十一世纪是纳米技术大放光彩的世纪。纳米是一种长度单位，1纳米等于十亿分之一米，纳米粒子也叫超微颗粒材料。一般是指尺寸在1—100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，它将显示出许多既不同于宏观世界又不同于微观世界的奇异特性。纳米技术作为一种极具市场应用前景的新兴科学技术，同样将对阻燃材料产生极大的影响力。这里主要介绍纳米无机阻燃剂、有机高聚物/层状硅酸盐纳米复合阻燃剂、纳米碳管阻燃材料。

关键词硅酸盐纳米复合材料纳米碳管阻燃材料

最近几年层状硅酸盐纳米复合材料在聚合物阻燃方面的研究已广泛展开，主要利用自然界存在的一类层状硅酸盐，如蒙脱土（MMT）、高岭土、硅藻土等粘土矿物，制备聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料（Polymer/LayerSilicateNanocomposites，PLSN）。PLSN拥有的阻燃性能主要表现在释热率峰值（peakheatreleaserate,PHRR）大幅度降低，燃烧时成炭量得到提高，且炭层致密而有规则，最重要的是不损害复合材料的物理机械性能，甚至有些聚合物基的物理机械性能还得到了提高，这是常规复合材料所不具备的。下面就介绍几种常见的PLSN阻燃特性的研究进展。
一，制备聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料
PA尼龙/层状硅酸盐纳米复合阻燃体系
PA是较早被研究应用于PLSN的聚合物。1976年日本Unitika公司第一次报道了PA6/层状硅酸盐纳米复合材料具有潜在的阻燃性能。Gilman等对PA6/层状硅酸盐纳米复合材料的阻燃性进行了详细的研究，在热流量为35kw/m2的条件下，比较测定了纯PA6和PA6剥离型纳米复合物(MMT的添加量为5%wt)释热速率(HRR)和质量损失速率(MLR)随时间的变化关系，结果发现纳米复合物的HRR峰值比基体峰值减少了63%，同时其HRR平均值减少了50%。对燃烧后残余物进行分析，纯PA只剩下了0.3％，而5％的纳米复合材料剩下了5.5%，这进一步证实了炭层的生成及其有效的阻燃作用。Kashiwagi]等用氨基酸改性MMT，采用原位聚合的方法制备了PA6/MMT纳米复合材料，研究了不同蒙脱土含量对复合材料热释放率的影响，发现纳米复合材料的延迟点燃时间有轻微提高，纳米复合材料的热释放率峰值相对于纯PA6有明显降低，随着MMT含量的增加，这种下降率更加明显。Utrakila的实验证明，含2%及5%MMT的PA6/MMT燃烧时，生成絮状黑色残余物，由残余物迁移至材料表面形成保护层。此残余物的组成为80%的MMT和20%的热稳定石墨组分。在此复合材料燃烧和气化的过程中，MMT表面的聚合物裂解，如裸露的MMT片则被上升气泡冲到材料表面，仅形成分离的絮状物而不形成结构密室的炭层，则不能发挥对材料的阻燃作用。李杰等采用三聚氰胺（MCA）/聚氨酯（TPU）复合阻燃剂阻燃PA66，发现将大分子成炭剂TPU引入MCA/PA66体系，增强了MCA阻燃PA66凝聚相阻燃作用，使1.6mm样条达到UL94V-0级别；同时TPU的增容效应改善了MCA阻燃PA66力学性能，实现了材料综合性能的全面提高。
PS聚苯乙烯/层状硅酸盐纳米复合阻燃体系
PS材料的阻燃性要求高，并且加入阻燃剂后对材料的耐冲击强度、稳定性等影响较大。刘向锋等用经十六烷基三甲基溴化铵有机化改性的蒙脱土(OMMT)与高抗冲聚苯乙烯(HIPS)通过熔融插层法制备了HIPS/POMMT复合材料，用X-ray衍射技术对材料结构进行了表征，发现钠基蒙脱土(Na+-MMT)和有机蒙脱土的层间距分别为1151nm和2118nm，HIPS/POMMT(5phr)复合材料中蒙脱土的层间距因聚合物大分子的插入扩大为3144nm；而HIPS与Na+-MMT形成的复合材料的层间距与Na+-MMT的层间距相比却没有变化，表明未有机化处理土没有形成插层结构。锥形量热仪的研究结果表明HIPS/POMMT复合材料的热释放速率、质量损失速率以及生烟速率等燃烧特性参数均显著降低，具有较明显的阻燃性和抑烟性，而HIPS/Na+-MMT非插层型复合材料只有在Na+-MMT很高填充量下(>20phr)才有一定阻燃效果。比较了铵盐对HIPS阻燃性的影响，结果表明铵盐自身的阻燃作用很小，主要是插层复合结构起阻燃作用。
由于纳米硅酸盐属于亲水性的物质,为改善相容性和分散性，纳米硅酸盐在使用之前都进行了有机改性。通过对PS[17]的研究发现：不同的改性剂对PHRR的影响程度是不一样的。通过用p-乙烯基苄基氯化铵、氢化牛脂二甲基苄基氯化铵、N-十六烷基三甲基氯