聚合物阻燃新途径——聚合物粘土纳米复合材料的特殊.pdf

第4期高丹子通报

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

(1．中国人民錾泵褊工程系：，廊坊065000；6于，f-；，
2．中国科学院化学所工程塑料国家重点实验室，北京100080)丁了I．2
。

藕要：舟绍了聚台蜘一粘t纳米复台材料的特殊阻性．提出了需要进一步研究的问题，并展望

新材料在阻燃领域的应用前景
蕾词：聚合物；粘土}纳米复台}阻燃
——～-一J—一守孝材列

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』、，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]。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艾

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5O，一旦暴露于着火环境，
就不可避免的产生火灾安全问题-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、分解放出可燃蒸气受其燃烧放出的热量，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，HCI，HBr，HCN等’大部分具有很高的毒性资料表明，近些
年来，吸人有毒烟气已经成为人员在火灾中死亡的主要原因。
(3)作为结构材料的聚台物及其复合材料，在火灾巾受到强烈辐射时，有机树脂会熔融、分解，
致使材料的结构强度急剧下降，进而导致构件垮塌
(4)不少复合材料具有很高的热容，在火灾中会贮存大量热能，当火灾以常规方法扑灭之后．这
些热量可能会使熄灭的火灾复燃

作者简介：舒中俊男，35岁，剐教授。1996年毕业于北京理工太学材料科学研究中心，获硕士学位。工作单位是中
国^民武装部队学院消防工程系。目前正与中国科学院化学研究所工程塑料国家重点实验室进行科研台作，在漆
宗能研究员和王佛松院士的指导下．从事可用于消防安垒工程的高性能有机无机纳米杂化材料的专题研究
。已发
表学术论文lO条篇

高分子通报

阻止有机高分子的降解燃烧是提高聚合物及其复合材料火灾安全性的根本途径。材料的阻燃
研究由来已久，各种阻燃剂的开发应用及其阻燃机理的研究，已经形成了“阻燃科学与技术”这样一
门新的边缘学科。在聚合物阻燃领域，每年都有大量的新型阻燃剂和阻燃体系的报道。但是，绝大
部分添加型阻燃剂对聚合物的机械、物理、力学和加工等性能或多或少存在负面影响·有些影响甚
至很严重；反应型阻燃剂也存在稳定性不好、成本高“受环保等方面的问题所有这些缺点极大地
限制了聚合物阻燃材料的推广应用。因此．开发不影响聚合物材料其它使用性能且符合环保要求的
阻燃材料，是聚合物材料科学研究的重要任务之一。

2聚合物／粘土纳米复合材料的阻燃性

2．1聚合物／粘土纳米复台材料的制备方法
自从丰田公司的研究开发中心首次报道尼龙6／粘土纳米复合材料的制备之后，10多年来，聚
合物／粘土纳米复合材料作为一种有机无机杂化材料已成为各国竞相研究开发的热点。除尼龙外、
聚合物／粘土纳米复合材料已发展到聚酯(PET、PB1等)、聚烯烃(PP、PE等)，环氧和聚苯胺等多
种复合体系。粘土是一类具有2：1型的层状硅酸盐矿石、在自然界中有丰富储量，常用的粘土为蒙
脱土。聚台物／粘土纳米复合材料的制备方法主要包括插层聚合和聚合物熔融插层图l是尼龙6，
粘土纳米复合材料插层聚合的制备过程及结构示意图。对于插层型杂化体，粘士的含量可超过
2O；对于剥离型杂化体，粘土的含量一般不超过20。
2．2聚合物／粘土纳米复合材料的阻燃
特性
聚合物／粘土纳米复合材料与常规
聚合物基复合材料相比，在力学、热学和
机械加工等方面具有显著的特点。。。
(1)只需要很少的填料(<5，质量
分数)即可使复合材料具有相当高的强
度、弹性模量、韧性和阻隔性能而常规
纤维、矿物填充的复合材料则需要比聚
台物／粘土纳米复合材料多3～5倍的填：N—ON1,1一———cONH～x＼、熊
充量，并且各项性能指标还不能兼顾所一。：囊!曼：