日前，工業生產和信息化管理部、國家財政部和中國保險監督管理委員會機構定編了《重點新材料首批次應用示范指導目錄(2017年版)》，在其中列出的9種橡膠制品中包含了節能型阻燃橡膠制品。在以前文章內容《干貨：無鹵阻燃聚丙烯的改性原理和方法!》，我詳細介紹了塑膠環境保護阻燃改性的基本原理、方式 和發展趨勢，并在事后文章內容中詳解了現階段認知度數最多的澎漲阻燃改性《阻燃PP發展趨勢――膨脹阻燃及其改性》。但除開所述阻燃改性方式 以外，納米阻燃管理體系由于只需加上少量(≤5%)的納米阻燃劑就可以明顯減少原材料的點燃性能，而且還能使原材料的物理學機械設備性能獲得提升，也變成近幾年來阻燃界的科學研究網絡熱點并慢慢遭受工業領域的高度重視。

下面，大伙兒和我來一起掌握下納米阻燃劑吧!

當今應用的無機物阻燃顆粒一般全是在μm規格，存有阻燃劑添充量很大，另外造成結構力學性能的比較嚴重降低、阻燃實際效果不佳等缺陷。伴隨著納米技術性的發展趨勢，納米顆粒應用在聚合物阻燃中的科學研究日益增加，為聚合物的阻燃出示了一條新的途徑。納米顆?？纱蟠筇岣呔酆衔镒枞夹阅?，另外降低阻燃劑的加上量。因而對納米無機物阻燃劑以及原理的科學研究是將來聚合物阻然阻燃的關鍵。一般納米阻燃劑依照層面可分成3種：(1)一維納米原材料如碳納米管(CNT)及其各種各樣晶須等(2)二維納米原材料即片層粘土等(3)三(零)維納米原材料如納米三氧化二銻(Sb2O3)、納米氯化鋁【Al(OH)3】等。

1.納米氫氧化鎳

在聚合物原材料里能被作為阻燃劑的金屬材料氫氧化鎳當中，最重要的便是氫氧化鋁(MH)和氯化鋁(ATH)。因為其微毒、抗腐蝕、降低成本和點燃全過程釋煙量低，因而在聚丙稀、高壓聚乙烯、聚乙烯、丙烯酸樹脂、丁二烯-乙烯醇預聚物、聚對苯二甲酸乙二醇酯等聚合物管理體系中早已獲得了普遍的運用。殊不知，其仍有一些比較嚴重的不夠，如相對性較低的阻燃實際效果和耐熱性，并且會減少基材的結構力學性能。

近些年研究發現，在金屬材料氫氧化鎳摩爾質量同樣的狀況下，阻燃性能和結構力學性能兩者之間粒度和粒度分布相關，這毫無疑問促進了微納米規格金屬材料氫氧化鎳在聚合物中作為阻燃劑的發展趨勢，比如，與μm級MH對比，適度占比的納米級MH可以授予高分子材料更強的阻燃性，另外提升其抗壓強度和延展性。為了更好地進一步提高聚合物栽培基質中金屬材料氫氧化鎳的分散性和相溶性，以較大 水平地改進結構力學性能和阻燃性能，現階段研究內容關鍵集中化在金屬材料氫氧化鎳的表層改性和微囊化，在其中鋁酸酯、鈦酸酯和氯硅烷類硅烷偶聯劑經常被作為金屬材料氫氧化鎳的金屬表面處理。

2.納米金屬氧化物

一般 作為阻燃劑的納米金屬氧化物包含納米二氧化鈦(TiO2)、納米三氧化二鐵(Fe2O3)、納米三氧化二鋁(Al2O3)、納米二氧化硅(SiO2)等。比如，添加小量(摩爾質量5%)的納米級TiO2或Fe2O3便可以提升PMMA納米高分子材料的熱平穩性能，并且試件的熱釋放出來速度值取決于填充料的成分，在較高成分下，其熱釋放出來速度會相對減少。

3.籠形聚倍半硅氧烷(POSS)

POSS是一種相近二氧化硅的無機物納米籠型建筑結構，能被好幾個坐落于籠型體夾角上的有機化學官能團所包圍著，典型性構造如下圖所顯示。這種有機化學官能團決策著POSS單個的特性，如晶形、溶解度、與聚合物基材的相溶性。

近些年，納米POSS做為一種新式的提高原材料，早已被普遍科學研究。根據共混，熱聚合，化學交聯或是共聚物等方式 ，POSS基本上能夠 被加上到全部的熱固性或熱固性塑料原材料中。除此之外，科學研究工作人員發覺在這種高分子材料熱裂解乃至點燃期內，POSS可以當做前驅體，在高溫下產生熱平穩的瓷器質原材料，換句話說，這種有機化學/無機物混和的納米籠型體經常被稱作前驅體瓷器化合物。與別的無機物納米填充料類似，POSS加上到聚合物中可以合理改進溶體粘度和聚合物基材的結構力學性能。并且，做為一種前驅體瓷器化合物，POSS可根據降低點燃全過程的熱釋放出來總產量來危害點燃性能。

研究表明，根據熔化共混制取的PS/POSS高分子材料的熱釋放出來速度最高值及CO的濃度值和釋放出來速度均會明顯地減少。除此之外，POSS納米籠型建筑結構的一個夾角上能夠 包括一個金屬材料分子，運用這類情況POSS也可以起著金屬材料增稠劑的功效，并運用其分散化功效提升金屬材料的催化反應成炭實際效果。比如細致分散化的含金屬材料的POSS納米粒子，以非常低的濃度值(摩爾質量大概1%)可明顯提升PP點燃全過程中殘碳生產量，這就是因為含金屬材料的POSS具備催化反應脫氫功效。

4.片層雙氫氧化鎳(LDHs)

對聚合物的阻燃性能早已主要表現出積極主動危害的別的金屬材料氫氧化鎳是片層雙氫氧化鎳(LDHs)。LDHs是一種主客體原材料，行為主體是帶正電荷的金屬材料氫氧化鎳層狀，行為主體是插層陽離子和水分。其化學式能夠 表明為[M2 1-xM3 x(OH) 2] An- x /nyH2O，在其中M2 和M3 分別是二價的和三價的金屬材料正離子，如Mg2 和Al3 ，An-是固層陽離子。因為其添充的獨特構造，使其不同于基本的阻燃原材料，具備多種多樣與眾不同的性能，現階段早已廣泛運用在PMMA，聚酰亞胺膜(PI)，EVA，環氧樹脂膠(EP)，聚乳酸(PLA)等納米高分子材料中。除此之外，現有研究表明，即便水滑石并不是以納米級分散化在聚合物基材中，也可以使高分子材料的熱釋放出來速度最高值有實際性的減少。這一點與蒙脫土(MMT)有非常大的不一樣。并且由LDH產生的互穿網絡架構可以合理地推動殘碳的產生和健全殘碳的構造。

5.片層鋁硅酸鹽

片層鋁硅酸鹽是由一個鋁氧(鎂氧)八面體夾在2個硅氧四面體中間靠同用氧分子而產生的片層構造，長，寬從30納米到1微米不一，層與層中間靠范德華力融合，并形成層間空隙。這類原材料在很多行業都具備獨特的性能和潛在性的運用。總體上，聚合物/片層鋁硅酸鹽(PLS)納米高分子材料，做為一種具備極細相規格的添充型聚合物，融合了有機化學和無機材料的優勢，如質輕，耐柔性，高韌性和耐熱性等，這種性能是難以從單一成分獲得的。并且，因為納米級分散化，及其聚合物與片層鋁硅酸鹽中間的相互影響，PLS納米高分子材料主要表現出較高的阻燃性能。

作為阻燃層面的純天然片層鋁硅酸鹽包含黑云母，氟黑云母，水輝石，氟水輝石，輕鈣粉，皂土，海泡石等，但經濟收益較大 的一種是蒙脫土(MMT)。MMT經納米有機化學改性后，可將層內親隔水層變化為疏水層，進而使聚合物與MMT具備更強的頁面相溶性。現階段，有機化學改性蒙脫土(OMMT)早已普遍應用在PP，PS，丙烯腈 - 丁二烯 - 丁二烯預聚物(ABS)，EP，PA，丙烯酸乳液(PVA)等高分子材料中。

研究表明，在聚合物基材中加上相對性低量的有機化學正離子改性納米粘土能夠 在點燃全過程造成一個防護層。一旦加溫，熔化的聚合物/ PLS納米高分子材料的粘度伴隨著溫度上升而減少，并且使粘土納米層更非常容易轉移到表層;除此之外，熱傳導推動了有機化學改性劑的分解反應和粘土表層上強質子催化反應結構域的形成，這種催化反應結構域能催化反應產生一種平穩的碳化殘余物，因而原材料表層上積累的粘土當做了一種防御性天然屏障，限定了發熱量，可燃性的揮發物溶解物質及其co2向原材料中外擴散。

此外，將凹凸棒土或是二氧化硅添加到SINK添充的PS中可根據推動殘碳產生和減少點燃全過程的總熱釋放出來量來進一步提高這種原材料的阻燃性能。凹凸棒土是一種結晶體的含水量的鎂鋁硅酸鹽礦物，具備理想化的化學式：Mg5Si8O2O(HO)2(OH2)4?4H2O。凹凸棒土的構造能夠 當做是一種獨特的片層鏈條式構造。

6.可膨脹石墨(EG)

可膨脹石墨(EG)是用物理學或有機化學的方式 將別的半獸人顆粒如分子、分子結構、正離子乃至原子團插進到結晶高純石墨固層而形成的一種新的片層構造化學物質。因為其資源豐富多彩、制取簡易和成本費便宜，是又一種普遍應用的阻燃劑，能用來提升澎漲型阻燃管理體系的合理殘碳產出率。雖然相對性較低的高效率限定了在阻燃行業更加開闊的運用，但它卻能非常容易與別的阻燃劑復合型應用，包含含磷量系和金屬材料氫氧化鎳阻燃劑。因而，可膨脹石墨能夠 做為一種阻燃協效劑應用，現階段已被廣泛運用在PE，EVA，PLA，聚氨酯材料(PU)等聚合物中。比如，EG和聚磷酸銨(APP)復合型的阻燃劑在PE中具備優良的協同作用，提高了基材的耐熱性和殘碳的產生。在阻燃PLA管理體系中EG和APP中間一樣具備協同作用。

7.硫酸銨鋯(ZrP)

ZrP類原材料是近些年逐漸發展趨勢起來的一類智能原材料，不僅有離子交換法環氧樹脂一樣的離子交換法性能，又有活性碳一樣的擇形吸咐和催化反應性能。另外又有較高的耐熱性和不錯的耐腐蝕性。這類原材料以其與眾不同的插進和負荷性能而展現寬闊的發展前途，并變成世界各國的關心網絡熱點。

近些年，納米級的α-ZrP的和γ-ZrP早已被用于制取納米高分子材料，用在PP，PET，PA6，EVA[50]和PVA中。這種新材料具備非常好的減少聚合物點燃速度的工作能力。研究表明，ZrP可以減少聚合物易燃性，且其與IFR融合后主要表現出協同作用。殊不知，與粘土不一樣，獨立加上同樣成分的α-ZrP的不可以合理地減少聚合物的熱釋放出來速度最高值。有些人推斷，做為一種固態酸堿性金屬催化劑，α-ZrP的極有可能是根據有機化學并非物理學效用，來促進原材料的熱釋放出來速度最高值減少。

8.碳納米管(CNTs)

在阻燃行業，科學研究更為普遍的納米纖維原材料是的CNTs，包含小直徑(1?2nm的)的單面納米管(單壁碳納米管)和很大直徑(10-100nm的)的雙層納米管(多壁碳納米管)。碳納米管具備較為高的高徑，在聚合物栽培基質低中成分的碳納米管就烯烴復分解產生互聯網，另外使聚合物的性能出現顯著的提升，如結構力學性能，流變性性能和阻燃性能。研究表明，當摩爾質量僅0.5%的單壁碳納米管適度分散化在PMMA里時，就可以造成 原材料的發熱量會在一個更長的時間內被釋放出來，而在相對性較高的濃度值下(單壁碳納米管摩爾質量接近0.5%?1%)，殘碳可產生一個不含有一切由此可見裂痕的持續層，遮蓋在全部試品表層上。

9.海泡石

海泡石是一種纖維的含水量硅酸鎂礦物質，具備很多優質性能，如分散性，耐熱性，耐熱性(達到1500?1700℃)，現階段早已被用以PP，PA，PLA等原材料中。研究表明，將用硫酸解決后的海泡石，根據單螺桿與PP熔化共混，可使海泡石在PP板材中分散化較為勻稱，并具備非常好的抑煙實際效果，能夠 推動PP點燃成炭。

10.納米金屬材料催化反應阻燃劑

現階段在納米金屬材料催化反應阻燃層面，科學研究和應用數最多的是鎳金屬催化劑(Ni-Cat)，它是一種由含有多孔材料的鎳鋁合金型材的細微晶體構成的固體異像金屬催化劑。因為多孔材料使其面積大大增加，因而，金屬鎳具備很高的催化劑的活性，而且早已應用在PS，PP等聚合物管理體系中。比如將Ni-Cat與有機化學改性粘土(OMC)融合應用后，PP高分子材料的熱釋放出來速度和品質損害速度都明顯減少，殘碳產出率明顯增強，這是由于在點燃全過程中產生了相近碳納米管構造的碳化層，可以合理抑止熱裂解造成的易燃氣體的釋放出來及其外部氣體的進到。

匯總

與基本阻然阻燃劑對比，無機物納米阻燃劑具備不錯的分散性、相溶性，并在一定水平上減少了聚合物的易燃性，但針對一些無機物納米阻燃劑，加上到聚合物管理體系后，總熱釋放出來量僅有少量的減少，引燃時間都沒有顯著的提升。此外，點燃全過程產生的殘碳伴隨裂痕，不持續，不勻稱，且不穩定。因而，為了更好地得到具備更出色阻燃性能的原材料，一方面，必須操縱納米顆粒的規格與形狀，并對其開展有機化學改性;另一方面，能夠 根據不一樣種無機物納米粒子的構造和特性，探尋其協同作用?？偠灾槍o機物納米阻燃劑，盡管其現階段遭受了普遍關心并具備寬闊的應用前景，依然有很多細膩的難題必須擺脫，以能夠更好地充分發揮其在阻燃原材料行業中的功效。

來源于：找塑料新型材料