纳米技术在阻燃材料中的应用.pdf

第10卷第1期火灾科学Vol.10,No.1
2001年1月FIRESAFETYSCIENCEJan.2001

文章编号:1004-5309(2001)01-0048-05

纳米技术在阻燃材料中的应用

胡源,宋磊

(中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,安徽合肥230026)

摘要:本文主要简述纳米技术与阻燃材料间的相互的阻燃剂造成了材料在力学性能、价格、环境污染
关系,探讨纳米技术在阻燃材料中应用及发展前等方面的不足之处,因此发展新的阻燃技术是当前
景,以及需要解决的问题。急需解决的一个重要问题。纳米技术在传统的阻
关键词:纳米技术;阻燃材料;超细粉;复合材料燃材料中的应用为阻燃技术开辟了一个新的领域,
中图分类号:TB383文献标识码:A并有可能实现产业化。本文将从纳米微粒、纳米复
合材料有关基本概念、重要特性及其在阻燃材料领
0引言
域的研究和应用作一简要讨论。
纳米材料(nanostructuredmaterials)是由颗粒尺
1纳米超细粉在阻燃材料中的应用
寸为1～100nm的超微粒子凝聚而成的块体、薄膜、
多层膜和纤维,是近十几年来刚刚兴起并受到普遍阻燃剂是高分子材料加工的重要助剂之一,加
关注的一个新的学科领域。由于纳米微粒的尺寸入后能使合成材料具有难燃性、自熄性和消烟性。
为纳米量级,使得它们拥有许多奇异的物理、化学根据阻燃剂与被填充物之间关系的不同,可将其分
性质,如:量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、宏为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂。添加型阻燃剂
观量子隧道效应,出现所谓的“反常现象[1]。人们是在聚合物材料的成型过程中,通过物理混合分散
已经能够制备包含几十个到几万个原子的纳米粒到材料中;反应型阻燃剂是通过化学反应结合到聚
子,并把它们作为基本的构造单元,适当排列成零合物分子的主链或支链上。在阻燃剂领域中无机
维的量子点、一维的量子线、二维的量子膜和三维阻燃剂是使用最早,至今也是用量最大的品种,它
纳米固体,创造出相同物质的传统材料所不具备的是添加型的阻燃剂,主要包括锑系阻燃剂、铝系阻
奇特性能,它将对生产力的发展产生深远的影响,燃剂、磷系阻燃剂、硼系阻燃剂等,由于其在聚合物
并有可能从根本上解决人类面临的一系列问题,如中添加量大,引起了聚合物材料的加工工艺及产品
粮食、健康、能源和环境保护等重大问题。性能的改善模塑产品、挤塑产品和薄膜制品的表面
由于聚合物材料(塑料、橡胶、纤维)的易燃性,光洁度,所有无机阻燃剂的粒度均需要超细化。
造成了众多的火灾事故和人员伤亡,阻燃技术是针1、超细化三氧化二锑阻燃剂

对聚合物材料而采用的一种防护措施,即阻止材料三氧化二锑(Sb2O3)是一种添加型阻燃剂,主
的燃烧及延缓火焰的蔓延,从而减少火灾的发生,要用于塑料制品(聚氯乙烯、聚烯烃、聚酯)和纺织
或将火灾控制在一定的范围,为火灾的扑救赢得宝织物的阻燃,也可用于帆布、纸张、油等的阻燃剂。

贵的时间。阻燃技术包括阻燃剂及阻燃材料的制作为阻燃助剂的Sb2O3,其颗粒大小和形态对合成

备及工艺,阻燃机理的研究等方面,由于目前使用材料性能和阻燃效果影响较大,粒度是Sb2O3产品

收稿日期:2000-10-10;
基金项目:国家自然科学基金资助项目(50003008);中国科学院“知识创新工程”资助项目

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的重要指标,合成化纤、纺织用品阻燃处理往往要阻塞喷丝孔,这是纺织品阻燃的关键[2]。

求Sb2O3的颗粒大小处于纳米级范围,粒度细,达超细的Sb2O3粉体的制备工艺方案如下:

到同样的阻燃效果的Sb2O3的用量也越少,且不会

Sb2O3阻燃机理:面,起到隔绝空气的作用,另一方面SbCL3在高温条
聚合物的燃烧过程中形成活泼自由基·OH,然件下热分解生成HCL终止燃烧过程中的·OH的链
式反应。
后通过连锁反应进行下去。Sb2O3属于添加型阻燃
可以看出超细化SbO通过均匀分散于聚合物
剂,与其它阻燃剂、消烟剂并用,产生协同效应。阻23
材料中,在阻燃过程中有效地生成SbCL,采用凝聚
燃机理是通过隔断热传导和热辐射、壁面效应、与卤3
相阻燃和减少链式反应自由基·OH来实现的。同
素阻燃剂组合的协同效应以及促进不燃性化合物等
时超细化的Sb2O3(小于40nm)处于纳米量级,有极
实现的。在材料燃烧过程中,主要通过以下反应:大的比表面积,对织物的渗透性大、粘附力高。因
Δ
RXHX此,其耐洗牢度高,且不影响织物的色泽。
(如:HCl)(R-X为卤化物)2、超细化的氢氧化镁阻燃剂

Sb2O3+2HCl2SbOCl+H2