聚合物层状粘土纳米复合材料阻燃性能研究进展
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聚酰胺6／黏土纳米复合材料阻燃性能的研究进展
中图 分 类 号 ：Ｔ ３ ３６ Ｑ ２ ． 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ ５ ７ （ ０ １ ５— ０ ９— ４ ０ ５— ７０ ２ １ ）０ ００ ０
Ｒ ｅ ｅ ｒ ｈ Ｐｒ ｇ ｅ ｓ ｉ ｈｅ Ｆｌ ｍ ｅ Ｒ ｅ ａ ｄａ ｃ ｆｔ ｌ ａ ｉ 。 ／Ｃｌ ｙ Ｎ ａ ｏ ｏ ｐｏ ｉｅ ｓ ａ ｃ ｏ ｒ ｓ ｎ ｔ ａ ｔ ｒ ｎ ｅ ｏ ｈｅ Ｐｏ ｙ ｍ ｄｅ ６ ａ ｎ ｃｍ ｓｔ ｓ
Ｐ ６基体 的表层 ，形 成保 护性 的炭质 焦层 ，隔绝 了外 Ａ 界 热 量 和氧气 ，并 延缓 了聚酰胺 基 体分 解 的可燃 性气
气 、通 讯 和家 电业 的高 速发 展 ，对 尼龙 的需 求也 越 来
越大 ，其 阻燃 性 能成 为一 个 至 关 重 要 的 因素 。因此 ， ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
聚酰胺 阻燃 高 分子材 料 的研 究显 得 尤为 迫切 。 聚酰 胺 的阻 燃 改 性 主 要 是 通 过 加 入 阻 燃 剂 来 实 现 。纳米 材 料 的兴 起 ，推 动 了 阻 燃 高 分 子 材 料 的 发 展 。科 学 家发 现 ，利 用 插 层 法 制 备 的聚 酰 胺／ 土 纳 黏 米复 合材 料 具 有 一 定 的 自熄 性 。 与 传 统 阻 燃 材 料 相 比，该 种纳 米 复合 材料 中 只要添 加 少量 纳米 分散 的黏 土便 能显 著 提 高 聚 合 物 材 料 的 阻 燃 性 Ｊ 。更 为 重要 的是在 提高 材 料阻燃 性 能 的同 时 ，不会 降低 材 料 的机 械和 加工性 能 ，甚 至还 会改 善某 些 性能 ；燃 烧 过程 中
的阻 燃性 能 。国 内外科 学 家都对 其 中的机理 展开 了研 究 ，普遍 认 为 主 要 是 黏 土 颗粒 在 燃 烧 过 程 中聚 集 于
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Ｐ ６基体 的表层 ，形 成保 护性 的炭质 焦层 ，隔绝 了外 Ａ 界 热 量 和氧气 ，并 延缓 了聚酰胺 基 体分 解 的可燃 性气
气 、通 讯 和家 电业 的高 速发 展 ，对 尼龙 的需 求也 越 来
越大 ，其 阻燃 性 能成 为一 个 至 关 重 要 的 因素 。因此 ， ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
聚酰胺 阻燃 高 分子材 料 的研 究显 得 尤为 迫切 。 聚酰 胺 的阻 燃 改 性 主 要 是 通 过 加 入 阻 燃 剂 来 实 现 。纳米 材 料 的兴 起 ，推 动 了 阻 燃 高 分 子 材 料 的 发 展 。科 学 家发 现 ，利 用 插 层 法 制 备 的聚 酰 胺／ 土 纳 黏 米复 合材 料 具 有 一 定 的 自熄 性 。 与 传 统 阻 燃 材 料 相 比，该 种纳 米 复合 材料 中 只要添 加 少量 纳米 分散 的黏 土便 能显 著 提 高 聚 合 物 材 料 的 阻 燃 性 Ｊ 。更 为 重要 的是在 提高 材 料阻燃 性 能 的同 时 ，不会 降低 材 料 的机 械和 加工性 能 ，甚 至还 会改 善某 些 性能 ；燃 烧 过程 中
的阻 燃性 能 。国 内外科 学 家都对 其 中的机理 展开 了研 究 ，普遍 认 为 主 要 是 黏 土 颗粒 在 燃 烧 过 程 中聚 集 于
纳米材料阻燃性能及应用前景研究进展
纳米材料阻燃性能及应用前景研究进展引言纳米材料是一种具有尺寸在纳米量级（1-100纳米）的特殊材料，相比传统材料，具有独特的物理、化学和电子性质。
纳米材料具有较大的比表面积、比表面活性和较小的尺寸效应等特点，使其在许多领域具有广泛的应用潜力。
其中一个应用领域是阻燃材料。
随着纳米材料在阻燃领域的研究日益深入，人们对纳米材料阻燃性能及其应用前景产生了浓厚的兴趣。
本文将对纳米材料阻燃性能及应用前景的研究进展进行综述。
一、纳米材料阻燃性能纳米材料由于其特殊的尺寸效应和表面效应，使其具有优异的阻燃性能。
研究表明，纳米材料可以通过以下几个方面来提高材料的阻燃性能：1. 溶胶-凝胶法制备纳米材料溶胶-凝胶法是一种常用的纳米材料制备方法，通过控制溶胶和凝胶的反应条件，可以调控纳米材料的结构和性能。
例如，采用溶胶-凝胶法合成无机氧化物纳米材料，可以提高阻燃材料的热稳定性和耐燃性。
2. 纳米粒子的表面修饰纳米粒子的表面修饰可以增强材料的阻燃性能。
通过改变纳米粒子的表面性质，可以增强材料的炭化特性、抑制热解和延缓燃烧速率。
近年来，研究人员通过将聚合物包覆在纳米粒子表面或利用金属氧化物修饰纳米粒子表面等方法，成功提高了材料的阻燃性能。
3. 纳米复合材料的构筑纳米复合材料是指将纳米材料与基体材料进行复合得到的材料。
通过在基体材料中引入纳米材料，可以提高材料的热稳定性、抗烧蚀性和抑制烟雾生成能力。
研究发现，纳米复合材料具有更好的阻燃性能和热分解特性，具有广阔的应用前景。
二、纳米材料阻燃应用前景纳米材料具有出色的阻燃性能，可以在多个领域应用，拥有广阔的前景。
以下是几个纳米材料在阻燃领域的应用前景：1. 电子设备随着电子设备的普及，电子设备的火灾事故也时有发生。
纳米材料作为阻燃新材料，可以有效提高电子设备的安全性能，降低火灾事故的风险。
2. 轻量化材料纳米材料具有轻质、高强度和良好的抗热性能，可以用于制造轻量化材料，如汽车和飞机等。
聚合物／无机纳米复合材料的制备技术研究进展
Ａｂｓ ｒ ｃ ｔａ ｔ
Ｔｈ ａ ｅ ｔ ａ ｖ ｎ ｅ ｎ ｒ ｓ ａ ｃ ｎ ｐ ｅ ａ ｉ ｇ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｏ ｏ ｙ ｅ ｌ ｔ ｓ ｄ ａ ｃ ｓ ｉ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｒ ｐ ｒｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｆ ｒ ｐ ｌ ｍｅ —ｎ ｒ ａ ｉ ａ ｏ ｏ ｒ ｉ ｏ ｇ ｎ ｃ ｎ ｎ ｃ ｍｐｏ ｉｅ ｓｔｓ
ａｎｄ ｓ ｏｍ ｅ ｔ ｈｎｉ ｅｃ ｑｕｅｓ， ｕｃ ａ ｎｔ ｃ ａｔｏ ｓ ｌ ｇ ，ｎ— ｉｕ ｐｏｌ ｅｒｚ ｉ ， ｄｓ ｐｔｏｎ ｓ ｈ ｓ ｉ ｅｒ ａｌ ｉ ｎ ｏ — ｅｌ ｉ ｓｔ ｙｍ ｉａｔｏｎ ａ ｏｒ ｉ ｏｒ ｇａｎｉｉ ｇｅｃ ａ ｅ ｔ ｄ ， ｅ ｒ ｚｎ ｔ ｎｄ ｍ ｌｅ ａｒ ｅ— ｖｉｗ ｅｄ ｉ ｔ ｓｐａ ｒ ｅ ｎ ｈｉ ｐｅ ．
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・６ ０・ 材 料 导 报 ２０ ０ ２年 ９月 第 １ ６卷 第 ９期
聚 合 物 ／ 机 纳 米 复 合 材 料 的 制 备 技 术 研 究 进 展 无
熊 传 溪 王 雁 冰 王 银 珍 陈 娟
（ 汉 理工 大学 材料 科 学与 工程 学院 ， 汉 ４ ０７ ） 武 武 ３ ０ ０ 摘要 关 键 司 综 述 了 聚 合 物 ／ 机 纳 米 粒 子 复 合 材 料 制 备 技 术 的 最 新 研 究 进 展 ， 绍 了插 层 复 合 技 术 、 胶 一 胶 技 无 介 溶 凝 无机 纳米 粒子 聚 合物 制 备技 术 研 究进 展
特 殊 性 能 ， 高 阻 隔 性 、 导 电 性 、 良 的 光 学 性 能 等 。但 是 ， 如 高 优
～ ～
、 插 层 型纳 术
… 一 …
无 机 纳 米 粒 子 由 于 粒 径 小 ， 面 能 大 ， 易 在 聚 合 物 中 分 散 均 表 不 匀 。 合 物 ／ 机 纳 米 粒 子 复 合 材 料 的 制 备 方 法 对 无 机 纳 米 粒 聚 无 子在 聚合 物 中的分 散 起决 定使 用 。 者通 过 查阅 大量 文献 ， 作 对
聚合物基材料的阻燃性能研究
聚合物基材料的阻燃性能研究随着世界化学工业和材料工业的发展，有机聚合物材料已经成为了人们日常生活与工业生产中不可或缺的重要材料。
但是，聚合物基材料的阻燃性让人们忧心不已。
对于这一问题的解决已成为化学界研究的热点之一。
本文将从聚合物基阻燃材料的类型、阻燃机理、阻燃剂种类及性能优化等方面入手，介绍聚合物基材料的阻燃性能研究现状及未来发展方向。
一、聚合物基阻燃材料的类型目前，聚合物基阻燃材料主要分为三类：无机填料阻燃剂、有机阻燃剂和协同阻燃剂。
其中，无机填料阻燃剂是最早被应用的阻燃剂类型，它是在聚合物基材料中加入高比表面积的氧化铝、氢氧化铝、氧化镁、氢氧化镁、氯化铝、氢氧化钙等无机物质，通过物理吸附、化学反应等方式抵抗热分解反应，形成保护层，从而提高材料的抗燃烧性能。
有机阻燃剂是在聚合物基材料中加入如红磷、溴化物、氮系阻燃剂等含有活性氧、氮、溴等元素的高分子复合材料，通过产生很多熔滴和气体，吸收大量热量和消耗自由基等方式抵抗热分解反应，形成保护层，从而提高材料的抗燃烧性能。
协同阻燃剂则是在聚合物基材料中同时加入不同类型的阻燃剂，通过相互作用和协同效应，从而提高材料的抗燃烧性能。
二、阻燃机理聚合物基阻燃材料的具体阻燃机理是一个复杂的过程，主要包括气相阻燃和凝相阻燃两种机理。
其中，气相阻燃主要是指有机阻燃剂通过熔化、升华、气化等反应，在聚合物基材料燃烧的过程中形成大量氧化物和水等气体，把氧气与目标燃烧物隔离开来，从而熄灭燃烧。
凝相阻燃则是指无机填料阻燃剂通过熔融、水解等化学反应，包裹目标燃烧物表面形成保护层，隔离燃料与氧气接触，从而达到阻止燃料分解为易燃气体，终止燃烧的目的。
三、阻燃剂种类及性能优化目前，聚合物基阻燃材料中最常用的阻燃剂种类包括红磷系、溴化物系和氮系等，合理地选择和使用不同种类的阻燃剂能够有效地提高材料的阻燃性能。
此外，优化阻燃剂的性能也是提高材料阻燃性能的重要手段。
对于有机阻燃剂，如何提高其熔点、降低其挥发性等是目前需要优化的工作方向；对于无机填料阻燃剂，如何提高其分散性、增加其比表面积等是目前需要解决的问题。
层状硅酸盐纳米复合材料的阻燃研究及现状分析
摘 要 ：聚合物／ 层状硅 酸盐 （ Ｌ ）纳米复合材料是 国内外阻燃材料领 域 中近年 来研 究的热 点。它满足 了 ＰＳ 新型阻燃 材料发展 的要求 ，在提高 阻燃性 能的 同时能够很 少 降低 或者不 降低材 料原有 的其他 性能 ，有 时甚至可 以提 高部 分聚合物基体 的机械性 能、气体 阻隔性能、环保 性能等。本 文综述 了聚合 物／ 层状硅 酸盐纳米 复合材料 的研 究近况 ；简要介绍 了该纳米 复合材料 的特 点及 阻燃 性 能的测试 ；讨 论 了其 燃烧 性能和 阻燃 机理 ；重点研 究 了以聚酰胺 （ Ａ）等聚合物为基质 、以层状硅 酸盐为无机 阻燃添加 剂 的纳米 复合材料 的阻燃性 能。通 过与常规 Ｐ 阻燃 剂进 行比较 ，发现聚合物／ 层状硅 酸盐纳米复合材料在 阻燃性 能、机械 性能、加工性 能和 环保 等方面均优 于 常规阻燃剂 ；最后本文还指 出了该材料在 阻燃研 究 中目前 尚存在 的问题 ，并对其开发应用前景进行 了展望 。 关键 词 ：消 防；聚合物／ 层状硅 酸盐 ；纳米复合材料 ；阻燃 中图分类号 ：Ｔ ７ Ｑ１ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号 ：１０ —５ ２ 一 （０ １ ６ ０ １ ０ ０ ９ ６ ４ ２ １ ）０ —０ ２ — ４
系 阻燃 剂 ， 由 于其 毒 性 、热 稳 定 性 、迁 移 性 、 发 烟量 、添加 量 等 方 面 的不 足 ，也 限制 了 其 应 用 范 围 。对于无 机 阻燃剂 ，如氢氧 化 铝 （ ＡＴＨ） 、氢 氧 化镁 （ ＭＨ） 、金 属 氧 化 物 、玻 纤 等 ，一 般 来 说 这 些无机填料热稳定性 好 ，不产 生腐蚀性及有 毒气 体 ，难 挥 发 ， 因而 得 到 了 广 泛 应 用 。但 是 由 于无 机 阻燃 填 料 阻 燃 效 果 差 ，添 加 量 大 ，对 材 料 的 加 工性 能 、成 型 性 能 、物 理 机 械 性 能 和 电 气 性 能 有 较 大 不 良影 响 。 目前 虽 已采 取 了 一 些 措 施 加 以 改 善 ，如超 细化 和 表 面 改 性 ，但 差 距 仍 然 很 大 。所 以迫 切需要 开 发 出 高 性 能 、高 效 能 、环 保 型 的 新 型 阻燃聚合 物 材料 。 新型 阻燃 高 聚 物 材 料 的 发 展 方 向要 求 阻燃 体 系不 仅具有 良好 的 阻燃 性 能 ，还 应 满 足 以下要 求 ： （ ）阻燃 效 能 高 、成 本 低 ； （） 添 加 的 阻燃 剂 与 １ ２ 基 体 相容 性 好 ，不 影 响 材 料 的 物 理 机 械 性 能 、着 色性 以及 加 工性 能 ； （ ）无 毒或 低 毒 ，使 用 或 回 ３ 收处 理过 程 中不危 害环 境 或 人 体健 康 ； （ ） 燃烧 ４ 发烟 量少 ［ 。纳 米材 料在 传统 阻燃技 术 中 的应 用 为 １ ］ 开发 高性 能 材 料 和对 现 有 材 料性 能 进 行 改 善 开 辟 了一 个 新 的途 径 ，聚合 物 ／ 状 硅 酸盐 （ Ｌ ） 纳 层 ＰＳ 米复 合材 料 是 一 种 有 希 望 同 时 满 足 上 述 要 求 并 具 有较好阻燃性能 的新型高分子材料 。研究 Ｐ Ｓ纳 Ｌ 米复合材料具有重大的现实意义。
聚合物与纳米复合阻燃材料研究进展
了一 条 崭 新 的途 径 。
Ｈａ ｇ ｇ ｅ ｎ ｍｕ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ 等¨ １ ｕ 采用热聚沉 的方法制备 了 Ｓ ＷＮＴ ／ Ｐ Ｅ复合 材料 ，首 先将 Ｓ ＷＮＴ悬 浮在 １ ，２ 一二氯 代 苯 中， 超声波处理 ４ ８ ｈ 后 ，将温 度升高到 ９ ７ ￣ Ｃ，随后将溶解在 １ ， ２ 一二氯 代苯 中的热 Ｐ Ｅ溶 液加人到碳 纳米管悬 浮液 中 ，继 续用超声波处理 ５ ａｉ ｒ ｎ后将 Ｓ ＷＮ Ｔ－ －Ｐ Ｅ悬浮 液冷却 到 ７ Ｏ ℃ 左 右使 Ｐ Ｅ结 晶，过 滤 干燥 就 可 以得 到 Ｓ ＷＮ Ｔ／ Ｐ Ｅ复 合
阻燃效果好 、而且添加 量很少 ，对 材料 的其 它性 能影 响很
小 ，但在燃烧过程 中发烟量 较大 ，且释 放 出有 毒气 性 、腐 蚀性 的卤化氢气体 。 近年来越来越多出现纳米碳管 、蒙脱土以及粘土分散 阻 燃 的报道 。聚合物纳米复合材料是无机物 以纳米尺度分散于 聚合物基质 中形成 的～类新型复合材料 ］ ，纳将蒙脱土 、硅 酸盐 、碳纳米管等作 纳 米填料 ，少量 添加 、分 散 到聚合 物
单体 ＭＭＡ与 ＭＷＮＴ的 比值 来 控制 ，并 且这 种方 法 可用
于 制 备 以碳 纳 米 管 为 核 、 以 两 亲 性 的 共 聚 物 Ｐ ＭＭＡ— ｂ 一
聚羟基 乙烷 丙烯酸 甲酯 （ Ｐ ＨＥ ＭＡ）为壳 的核 壳结 构 的纳 米复合材料 ，为开发 与制 备碳 纳米 管／ 聚合物复合材料 提供
材料 。
中 ，添加 比例 ｌ ～１ Ｏ ，混合加工 ，燃烧时形成 石墨状碳 、
氧化硅类无机氧化物复合层 ，隔气 隔热 ，得到更 好的阻燃效 果 。因此 ，该方法受到国内外学者越来越多的关 注＿ ＿ ２ ］ 。 本文总结了近年来 聚合 物与 纳米复 合材料 阻燃 性 的研
Ｈａ ｇ ｇ ｅ ｎ ｍｕ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ 等¨ １ ｕ 采用热聚沉 的方法制备 了 Ｓ ＷＮＴ ／ Ｐ Ｅ复合 材料 ，首 先将 Ｓ ＷＮＴ悬 浮在 １ ，２ 一二氯 代 苯 中， 超声波处理 ４ ８ ｈ 后 ，将温 度升高到 ９ ７ ￣ Ｃ，随后将溶解在 １ ， ２ 一二氯 代苯 中的热 Ｐ Ｅ溶 液加人到碳 纳米管悬 浮液 中 ，继 续用超声波处理 ５ ａｉ ｒ ｎ后将 Ｓ ＷＮ Ｔ－ －Ｐ Ｅ悬浮 液冷却 到 ７ Ｏ ℃ 左 右使 Ｐ Ｅ结 晶，过 滤 干燥 就 可 以得 到 Ｓ ＷＮ Ｔ／ Ｐ Ｅ复 合
阻燃效果好 、而且添加 量很少 ，对 材料 的其 它性 能影 响很
小 ，但在燃烧过程 中发烟量 较大 ，且释 放 出有 毒气 性 、腐 蚀性 的卤化氢气体 。 近年来越来越多出现纳米碳管 、蒙脱土以及粘土分散 阻 燃 的报道 。聚合物纳米复合材料是无机物 以纳米尺度分散于 聚合物基质 中形成 的～类新型复合材料 ］ ，纳将蒙脱土 、硅 酸盐 、碳纳米管等作 纳 米填料 ，少量 添加 、分 散 到聚合 物
单体 ＭＭＡ与 ＭＷＮＴ的 比值 来 控制 ，并 且这 种方 法 可用
于 制 备 以碳 纳 米 管 为 核 、 以 两 亲 性 的 共 聚 物 Ｐ ＭＭＡ— ｂ 一
聚羟基 乙烷 丙烯酸 甲酯 （ Ｐ ＨＥ ＭＡ）为壳 的核 壳结 构 的纳 米复合材料 ，为开发 与制 备碳 纳米 管／ 聚合物复合材料 提供
材料 。
中 ，添加 比例 ｌ ～１ Ｏ ，混合加工 ，燃烧时形成 石墨状碳 、
氧化硅类无机氧化物复合层 ，隔气 隔热 ，得到更 好的阻燃效 果 。因此 ，该方法受到国内外学者越来越多的关 注＿ ＿ ２ ］ 。 本文总结了近年来 聚合 物与 纳米复 合材料 阻燃 性 的研
聚合物／粘土纳米复合材料的研究进展
’ 收稿 Ｈ期 ２ Ｏ —Ｏ —Ｏｌ Ｏ２ ３ ，第一作者简介 ：赵 伟安 （ ９ ０年生 ） １８ ，男，２ ０ ０ ０级硕 士研 究生
联 系人尚介 ：侯万国
（９４ 生 ） １６ 年 ，男，教授 ，博 生导师，主要从事胶 体化学研究 Ｅｍ ｉ ｗ ｈｕ ｄ ｅ ｕ．ｎ ． ａ： ｇｏ ＠ｓｕ 序剥 离型纳 米复 合材料 ， 如 ｌ 示 。 所 在剥 离 型纳米 复合材料 中， 土片 层 粘
一
豳
ｃ ａ州ｌ ： 州 瞄ｄ■ｈ № ∞ ㈣ ｐ 蝣毫 Ｏ 尊
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焱 Ｏ 群ｄ 相 鼍 耐 ｌ嘲 ■ ■ 矗 婚群均洲 ｐ ｌ 喇ｄ ｅ
无规而 均匀 地 分散 于聚合物 基 体 中， 在微 观上形 成 Ｆｇ １Ｓ ｈｍａｉ ｌｓｒｔ ｎ ｆ（ ）ａｃ ｎ ｅｔ ｎ ｌ【 ） ｌ ｉ． ． ｃｅ ｔ ｉｕｔ ｉ ｓ Ａ ｖｎｉ ａ；Ｂ ａｌ ｃｌ ａｏ ｏ ｏ ｏ 种 整 体 结构 ，它使 聚 合物 和 粘 士 间的 作用 最 火 ｉｔｒａａｅ；Ｃ） ｌｏｄ ｒｄｅｆｌｔｄ ａｄ（ ａｄｓｒｅｅ ｎｅｃｌ ｄ （ ａ ｒｅｅ ｏｉ ｅ；ｎ Ｄ） ｉ ｄ ｒｄ ｔ ｌ ｘ ａ ｏ 化， ＿ 粘 十片层 的整 个表 面被聚合 物 充分利 用 ， 导致 了材料 机 械 和 物理 性 能 的突 变 。
品层带负电，允许水合阳离子（ Ｎ ＋ ａ 等 ） 如 ａ、ｃ ２ 进入层间平衡 电荷。在一定条件下层间阡离子可被其 Ｉ 它 阳离 子交换 出来 ，这 个过程 称 为粘 十 的阳 离子交 换 。粘 ＿ 七内含可交 换 的最大 刚离 子的鼙 叫 做刚 离子 交 换容 量（ Ｅ ） Ｃ Ｃ ，单位 是 毫 克 当量／Ｏ １０克（ ｑ１０ ） ｍｅ／０ｇ。蒙 脱＿ 十的阳 离 子交换 容量 为 ８—５ｍｅ／０ｇ ０１０ ｑ１０ 。 由于 粘 士层 间距仅 为 １ｍ 左右 ，且层 间化学微 环境 为亲 水憎 油性 ，因此如 果不预 先对 粘七 进行 修 ｎ
聚合物／粘土纳米复合材料的研究进展
在 Ｍ 面体 层中 Ｍ 替换 了 Ａ ， Ｏ八 ｇ ｌ这样 层 内阳离
子 电 荷 也 降 低 。 总 的 结 果 是 片 层 有 负 电荷 ， 与 层
层之 间 具 有 可 交 换 的 阳 离 子 ， Ｎ 、 ａ 、 如 ａ Ｃ “ Ｍｇ
良好的物理 和 力学 性 能 以及 高 的耐 化 学 品性 能 等 ， 重要 的是其 具有 天然 的纳 米结 构 。当它 以 更 纳米单元体分散 在聚合 物基 体 中 ， 以发挥其 纳 可
层 中 Ａ 替 换 了 Ｓ， 内 阳离 子 电 荷 降 低 ； 由 于 ｌ ｉ层 也
到明显 的提高 ， 如拉伸强度 、 模量 、 冲击 强度 、 以及
热 变形 温 度 等 。纳 米 复 合 材 料 与 同组 成 的 常 规 复 合 材料 相 比具 有 更 好 的 力 学 性 能 和 热 性 能 等 ， 因 而受到广泛的注意和研究 。 粘 土 是 一 种 资 源 丰 富 的矿 物 ， 格 低 廉 ， 有 价 具
间， 故必须 对 粘土 的表 面进行 改性 。通过 阳离 子
・ 海市 课题 ： 砜 酰 胺／ 土纳 米 复 合 材 料 的 制 备 ． 题 上 聚 粘 课
号 ：１２ ｍ ５ ０５ ｎ ０ ４
表 面 活 性 剂 与 蒙 脱 土 片层 间 的 阳离 子 进 行 离 子 交 换 反 应 使 层 问距 增 大 ， 改 善层 间微 环 境 ， 粘 土 并 使 内外 表 面 由 亲水 性 转 变 为 疏 水 性 ， 降低 其 表 面能 ，
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２０ ０ ２年 第 ｌ ０期
产 业 用 纺 织 品
５
聚 合 物／ 粘土 纳 米 复合 材料 的研 究进 展 木
余 泳 （ 上海 大学复合材料研 究 中心 ， 上海 ，０ ０ ２ ２０ ７ ）
阻燃材料的复合材料研究
阻燃材料的复合材料研究一、引言阻燃材料广泛应用于建筑、航空航天、电子、汽车等领域，以降低火灾事故对人们生命财产的威胁。
然而，传统的阻燃材料存在耐热性能差、机械性能下降和加工困难等问题。
为了克服这些问题，研发阻燃材料的复合材料成为科学家们的研究重点。
本文将介绍阻燃材料的复合材料研究进展以及其在火灾安全方面的应用。
二、阻燃材料的复合材料研究方法1. 添加纳米填料纳米填料在复合材料中起到增强材料阻燃性能的作用。
例如，氧化石墨烯、金属氢氧化物和纳米陶瓷颗粒等纳米填料能够形成屏障，阻挡火焰和热量的传播，从而提高材料的阻燃性能。
2. 表面修饰通过改变复合材料表面的特性，可以提高阻燃材料的耐热性能和阻燃性能。
常用的表面修饰方法包括聚合物单体的原位聚合和表面包覆等。
3. 界面改性优化界面相互作用能够提高阻燃材料的力学性能和热稳定性。
采用界面改性技术，如界面胶接和界面涂覆等，可以增强材料的界面结合强度，从而提高阻燃材料的综合性能。
三、阻燃材料的复合材料在火灾安全中的应用1. 建筑领域阻燃材料的复合材料在建筑领域中广泛应用。
例如，在屋顶和墙体的隔热材料中添加阻燃剂，可以提高建筑物的耐火性能；利用阻燃材料的复合材料制作防火门窗，可以延缓火势蔓延，增加人员疏散时间。
2. 电子领域电子设备中的阻燃材料必须具有优异的阻燃性能和热稳定性。
将阻燃材料与导热材料复合，可以提高设备的散热性能，防止因温度过高导致的火灾事故。
3. 汽车领域阻燃材料的复合材料在汽车制造中具有重要的应用前景。
通过在汽车内饰中添加阻燃材料，可以减少车内火灾事故的发生概率；利用阻燃材料的复合材料制作车身结构部件，可以提高车辆的耐火性能。
四、阻燃材料的复合材料的挑战与机遇阻燃材料的复合材料在应用过程中仍面临一些挑战。
例如，复合材料的加工困难、性能的稳定性和经济性等问题。
然而，这些挑战也为科学家提供了机遇，推动阻燃材料的复合材料研究不断进步。
五、结论阻燃材料的复合材料研究是当前科学家们关注的热点领域。
蒙脱土／SBR纳米复合材料阻燃性能的研究
１ ３ 试 样 制备 ．
（） Ｉ ＭＴ １ ＣＭ
采 用文献 ［ ］ 法制 备 ＯＭＭＴ。 ３方
（） Ｐ － ２ ＨＩ ＳＯＭＭＴ 阻燃 母 粒Ｈ ］
合材 料 ， 研究 其 阻燃性 能 。 并
１ 实 验
１ １ 主 要 原 材 料 ．
将 ＨＩ Ｓ与 ＯＭＭＴ在 开 炼机 上混 炼 均 匀 后 Ｐ
ｍｍ × ４ ｍ ｌ 。 Ｔ ｌ
钠基 蒙脱 土 （ － ＮａＭＭＴ） 浙 江 丰 虹 粘 土化 工 ， 有 限公 司 产 品 ； 抗 冲 聚 苯 乙 烯 （ Ｐ ） 牌 号 高 ＨＩ Ｓ ， ４ ３ 德 国 巴斯 夫 公 司产 品 ； Ｂ 牌 号 １０ ， ７ Ｄ， Ｓ Ｒ， ５ ２ 中 国石 油吉 化集 团公 司产 品 ； 六 烷基 三 甲基 溴 化 十 铵 ， 析 纯 ， 海埃 彼 化 学试 剂 有 限公 司产 品 ； 分 上 有
续燃烧 ， 释放 出大量 的黑 烟 和有毒 气体 ， 并 限制 了
其应用 范 围 ， 因此 提高 Ｓ Ｒ 的阻 燃性 能 有 着重 要 Ｂ 的现实 意义 。 目前 ， 们 常 用 卤素 和磷 系 阻 燃 剂 人 来改 善 Ｓ Ｒ 的 阻燃 性 能 ， 这 些 阻 燃 剂 发 烟 量 Ｂ 但
维普资讯
第 ４期
陆晓东等． 脱：／Ｂ 蒙 Ｅ Ｓ Ｒ纳 米 复合 材 料 阻燃 性 能 的研 究
２３ ０
蒙脱 土／ Ｂ Ｓ Ｒ纳 米 复 合 材 料 阻燃 性 能 的研 究
陆晓 东， 莲 影 ， 林琳 ， 谭 黄 张 军
（ 岛科 技 大 学 橡 塑材 料 与工 程 教 育 部 重 点 实 验 室 ， 东 青 岛 ２ ６ ４ ） 青 山 ６ ０ ２
大 ， 会 释放 出 卤化氢 等 有 毒 、 且 有腐 蚀 性 气 体 ， 同
（） Ｉ ＭＴ １ ＣＭ
采 用文献 ［ ］ 法制 备 ＯＭＭＴ。 ３方
（） Ｐ － ２ ＨＩ ＳＯＭＭＴ 阻燃 母 粒Ｈ ］
合材 料 ， 研究 其 阻燃性 能 。 并
１ 实 验
１ １ 主 要 原 材 料 ．
将 ＨＩ Ｓ与 ＯＭＭＴ在 开 炼机 上混 炼 均 匀 后 Ｐ
ｍｍ × ４ ｍ ｌ 。 Ｔ ｌ
钠基 蒙脱 土 （ － ＮａＭＭＴ） 浙 江 丰 虹 粘 土化 工 ， 有 限公 司 产 品 ； 抗 冲 聚 苯 乙 烯 （ Ｐ ） 牌 号 高 ＨＩ Ｓ ， ４ ３ 德 国 巴斯 夫 公 司产 品 ； Ｂ 牌 号 １０ ， ７ Ｄ， Ｓ Ｒ， ５ ２ 中 国石 油吉 化集 团公 司产 品 ； 六 烷基 三 甲基 溴 化 十 铵 ， 析 纯 ， 海埃 彼 化 学试 剂 有 限公 司产 品 ； 分 上 有
续燃烧 ， 释放 出大量 的黑 烟 和有毒 气体 ， 并 限制 了
其应用 范 围 ， 因此 提高 Ｓ Ｒ 的阻 燃性 能 有 着重 要 Ｂ 的现实 意义 。 目前 ， 们 常 用 卤素 和磷 系 阻 燃 剂 人 来改 善 Ｓ Ｒ 的 阻燃 性 能 ， 这 些 阻 燃 剂 发 烟 量 Ｂ 但
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第 ４期
陆晓东等． 脱：／Ｂ 蒙 Ｅ Ｓ Ｒ纳 米 复合 材 料 阻燃 性 能 的研 究
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蒙脱 土／ Ｂ Ｓ Ｒ纳 米 复 合 材 料 阻燃 性 能 的研 究
陆晓 东， 莲 影 ， 林琳 ， 谭 黄 张 军
（ 岛科 技 大 学 橡 塑材 料 与工 程 教 育 部 重 点 实 验 室 ， 东 青 岛 ２ ６ ４ ） 青 山 ６ ０ ２
大 ， 会 释放 出 卤化氢 等 有 毒 、 且 有腐 蚀 性 气 体 ， 同
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插入再聚合还是溶液或熔融直接插入聚合物, 发现, 在形成聚合物 层状无机物纳米复合材料
要插入到未经事先改性的层状无机物中形成相 的结构时, 材料本身的性能也将发生变化, 除了
即在等温过程中, $G = $H - T $S 中 $S < 0,
C. A. [18 ]、Bo u rb igo t S. [17 ]、胡源[24 ] 等研究了聚
因此插层过程在热力学上是不利的, 是非自发 丙烯 (PP)、聚苯乙烯 (PS)、尼龙26 (PA 26)、聚氨
过程; 对大多数重要的聚合物而言, 无论是单体 酯等聚合物 粘土纳米复合材料阻燃性能, 研究
合材料。
(2) 原位聚合法: 层状粘土溶涨于液态单体 或单体的溶剂中, 用加热或引发剂使单体在粘 土片层间聚合、形成插层或层离的 PL C 纳米复 合材料。W eim er M . W. [6]等用活性自由基引发 剂与钠基土的层间 N a+ 进行阳离子交换, 实现 了可控分子量的苯乙烯活性自由基的原位聚 合。
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高分子材料科学与工程
2003 年
效应; (4) 不影响材料的透明度, 其分散的片层 厚度约为 1 nm , 与可见光光波波长相当, 光波 可以直接通过。
F ig. 2 M olecular dynam ics sim ula tion of m od if ied clay
2 PLC 纳米复合材料的制备 日本的 Toyo ta 实验室首先合成了尼龙 6
层状粘土纳米复合材料, 发现了其优越的力学 性能。自此兴起了各种 PL C 纳米复合材料的制 备、表征、机理的探讨和模型的建立, 及其在汽 车工业、阻燃材料等方面应用的研究。目前制备
土的熔融共混插层。 他们用马来酸酐接枝改性
B a lazs A. C. 等[14, 15 ] 用自洽场理论模型对
聚丙烯作为聚丙烯与有机土的增溶剂, 得到了 聚合物2有机粘土熔融插层进行了定性和定量
插层和层离的聚丙烯 粘土的纳米复合材料, 并 的研究, 他们对熔融插层过程选择一系列参数,
发现其力学性能有所提高。Ish ida H. [20]等以环 氧树脂作为聚合物与有机土之间的增溶剂, 发
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第 4 期
胡 源等: 聚合物 层状粘土纳米复合材料阻燃性能研究进展
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到插层状的聚苯乙烯 粘土纳米复合材料, 有机 的范德华力作用也会增大, 从而有利于插层或
纳米复合材料是指在复合体系中至少有一 相在一维的方向上以纳米尺度 (0. 1 nm～ 100 nm ) 分散于基体中。 由于材料在纳米尺度这一 介观领域, 其物理化学性能会产生从宏观到微 观的突变, 如产生量子尺寸效应、表面效应、介 电限域效应、宏观量子隧道效应等, 从而使纳米 复合材料有可能具备常规材料不具备的特殊性 能。聚合物 层状粘土 (PL C) 纳米复合材料体系 是目前国内外研究的主要领域之一。PL C 复合 体系通常分为三类[2] (如 F ig. 1) : a. 相分离体 系, b. 插层结构体系, c. 层离结构体系。 a 为常 规复合材料, b, c 为纳米复合材料。插层结构体
系中粘土片层中插入聚合物链, 其层间距扩大 (层间距通常在 2 nm～ 10 nm ) , 粘土保留 10～ 20 个片层的有序结构。层离结构体系中粘土的 片层以纳米尺度均匀分散于聚合物中 (层间距 > 10 nm ) , 处于宏观无序状态, 片层之间也可 能存在局部有序。
F ig. 1 Schem e of d ifferen t types of PLC com posite a: phase separated m icrocom po site; b: in tercalat2 ed nanocom po site; c: exfo liated nanocom po site.
1 粘土原料的选择和改性 粘土矿物属于层状和层2链状的硅酸盐, 其
基本结构单元为硅氧四面体和铝氧八面体。 除 高岭石组粘土矿物外, 粘土矿物中广泛存在类 质同相现象, 即结构层的四面体晶格中 Si4+ 被 A l3+ 置换, 八面体晶格中, A l3+ 被 F e3+ 、F e2+ 、 M g2+ 、C r3+ 、Zn2+ 、L i+ 等置换。 由于不等价置 换, 结构层电中性被破坏, 产生过量的负电荷, 这些过剩的负电荷常为碱金属或碱土金属阳离 子补偿, 补偿的阳离子进入结构层之间的空间, 分布于晶体的棱上, 这些电荷常被置换。粘土矿 物丰富多彩的特性和广泛的资源使其具有巨大 的应用价值和应用前景。
土的层间距由2. 16 nm 增加到3. 25 nm。
层离纳米复合材料的形成: 一般而言, 较理想的
O ya A. [10]、H a segaw a N. [11]、Kaw a sum i 聚合物应当具有极性或含有能与层状无机物表
M . [13]等研究了非极性聚合物2聚丙烯与有机粘 面发生相互作用的官能团。
目前文献报道较多并有实际应用前景的 PL C 纳米复合材料的粘土原料为 2∶1 型层状 粘土矿物[3～ 16 ], 如钠蒙脱土、锂蒙脱土和海泡
石等, 其结构特征文献也多有报道[2]。所有这些 粘土矿物的特征有两个基本参量描述: (1) 比表 面积, 通常蒙脱土为 700 m 2 g～ 800 m 2 g; (2) 离 子交换容量 (CEC ) , 通常蒙脱土的 CEC 为 80 m o l 100 g～ 120 m o l 00 g。
(4) 模板合成法: 这种方法是使金属离子在 含有聚合物的溶液中发生共沉淀而形成层状无 机物, 其中聚合物为模板, 按自组装的方式诱导 硅酸盐无机片层有序结构的形成, 从而形成 PL C 纳米复合材料。 模板合成法目前报道较 少, 主要集中在一些水溶性的聚合物如聚乙烯 吡咯烷酮、聚丙烯腈等[12 ]。
3 PLC 纳米复合材料形成机理的研究 热力学分析表明, 有机物或聚合物插入到
材料在阻燃性能方面存在应用潜力。 然而, 对 PL C 纳米复合材料的热性能及阻燃性能的系
无机物层间后, 分子的活动性受到限制, 分子排 统研究直到近几年才开始。
列趋向更加有序, 在热力学上是一个熵减过程,
G ilm an J. W. [16, 26 ]、Po rte r D. [19 ]、W ilk ie
第 19 卷第 4 期
高分子材料科学与工程
2003 年 7 月
POL YM ER M A T ER IAL S SC IEN CE AND EN G IN EER IN G
V o l. 19,N o. 4 J u l. 2003
聚合物 层状粘土纳米复合材料阻燃性能研究进展X
胡 源1, 3, 汪少锋1, 2, 宋 磊1, 2, 陈祖耀2, 范维澄1
通过理论计算和推导, 试图定性和定量地说明 不同的聚合物 粘土熔融插层是否能形成稳定
现环氧树脂不仅可促使极性聚合物, 如聚苯乙 的纳米复合体系, 从而达到理论上指导优化选
烯、聚甲基丙烯酸甲酯与有机粘土形成插层或 择聚合物 粘土材料形成稳定的纳米复合体系。
层离的复合体系, 还可促使非极性聚合物, 如聚 乙烯、聚丙烯与有机粘土形成纳米复合体系。
PL C 纳米复合材料与常规聚合物复合材 料相比具有以下优点: (1) 质量更轻, 因其无机 物添加量低 (有机土掺 0. 5%～ 5% 就可使聚合 物性能明显改善) ; (2) 力学性能得到改善, 其纳 米分散的片层结构在二维方向对聚合物进行增 强作用; (3) 优良的气体阻隔效应和一定的阻燃
X 收稿日期: 2001209218; 修订日期: 2001212203 基金项目: 国家自然科学基金 (50003008)、中国科学技术大学结构开放实验室和科学院“知识创新工程”资助项目 作者简介: 胡 源 (1965- ) , 博士, 副研究员.
关键词: 纳米复合材料; 层状粘土; 阻燃 中图分类号: TB 383 文献标识码: A 文章编号: 100027555 (2003) 0420013205
传统工业上为了得到功能型有机聚合物材 料, 常在高分子聚合物中加入无机填料, 这些填 料的加入又不可避免地以牺牲材料的某些性能 为代价。例如, 塑料工业中为了获得材料的阻燃 性能, 常在其中加入 40%～ 60% (质量) 的无机 阻 燃剂 (如M g (O H ) 2 等[1] ) , 由于无机材料与 有机材料相容性差, 形成相分离, 塑料的力学性 能大幅降低, 严重地限制了其应用范围。为了既 得到功能型聚合物材料又不降低材料的其它性 能, 甚至对其它性能还有所改善, 人们将目光投 向了方兴未艾的纳米复合技术。
PL C 纳米复合材料的方法可分为以下四种。 (1) 层离2吸附法: 选用一种溶剂, 使层状粘
土片层溶胀、层离, 且聚合物或聚合物的预聚体 也能溶解在该溶剂中, 通过搅拌使聚合物链吸 附于粘土片层上, 升温蒸发掉溶剂即可得到层 离的 PL C 纳米复合材料。典型的例子是在水溶 液中制备聚乙烯醇 (PVA ) 层状粘土纳米复合 材料和聚氧化乙烯 (PEO ) 层状粘土纳米复合 材料。M an ia s E. [5] 等以钠基土和 PVA 为原 料, 在水溶液中利用超声波促使 PVA 链吸附 于粘土片层上, 得到插层和层离等 PL C 纳米复
4 PLC 纳米复合村料的阻燃性能 1965 年B lum stein A [22]第一次报道了粘土
可以改善聚甲基丙烯酸甲酯 (PMM A ) 的热稳 定性, PMM A 与约 10% (质量) 的粘土形成插 层状的纳米复合材料其热分解温度 (T GA 曲线 上 50% 的热失重点温度) 比纯 PMM A 提高 40 ℃～ 50 ℃。 1976 年 日 本 学 者 Fu jiw a ra S. 和 Sakam o to T. [23] 在其尼龙 6 的 PL C 纳米复合 材料的专利申请书上首次提到 PL C 纳米复合