納米材料是指在結構上具有納米尺度及其相應功能特徵的材料，以下是小編蒐集整理的一篇探究納米阻燃材料應用的論文範文，供大家閱讀參考。
摘 要：文章分析了具有低煙低毒、高效阻燃、良好物理性能等優勢的納米阻燃材料的種類及其製備工藝特點，並對其未來研究進展做了較爲系統的分析和展望。
關鍵詞：納米材料;納米尺度;阻燃材料
當前，塑料、橡膠和纖維等聚合物應用十分廣泛，但其易燃性給其使用和推廣造成了一定的影響。阻燃材料儘管在一定程度上起到了阻滯燃燒、延緩火災蔓延、爭取逃生和救援時間等積極的作用，但也在力學性能、性價比、環境污染等方面存在不足。隨着納米材料在力學、電磁學、熱學、光學等多個領域的應用，納米技術和納米材料顯現出廣闊的發展前景。納米阻燃材料的研製和發展有利於克服和改進傳統材料的缺點，蘊含着巨大的社會效應和經濟效益。
1 納米材料簡介
納米材料是指在結構上具有納米尺度及其相應功能特徵的材料，1納米爲十億分之一米，納米尺度一般是指1～100 nm。材料的結構和粒徑進入納米尺度範圍時，就表現出表面效應、小尺寸效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等多種特殊效應，從而使材料表現出多種奇特的功能。納米材料按照材質分類，可以分爲納米金屬材料、納米非金屬材料、納米高分子材料和納米材料。納米技術和多種材料的結合，大大改變了材料的綜合特性，爲進一步優化材料的功能提供了有力的技術支持。
2 阻燃材料的分類和要求
阻燃材料可分爲無機和有機、含滷和無滷等多種類型。無機主要指氫氧化鋁、氫氧化鎂、硅系、三氧化二銻等阻燃材料體系，有機主要以滷系、氮系和磷係爲主，它們通過復配或者反應得到形成添加型或者反應型複合材料，進而起到阻燃作用。相比較而言，無機阻燃材料具有低成本，熱學性能好，燃燒時有毒氣體少等優點，但是它們也具有機械性能差、填充量大且與基材相容性差等缺陷。有機型阻燃材料具有阻燃性能好，與基材相容性好，填充量小等優點，但是具有燃燒時發煙量大且產生有毒氣體等缺陷。因此發展低煙、低毒、無滷、物理機械性能優越等環保型阻燃材料成爲一直以來重要的研究課題，納米技術的出現和發展爲解決上述阻燃材料的現有缺陷提供了可能。研究表明，納米阻燃材料應滿足下列要求：第一，材料應符合環保要求，燃燒時產生的毒性氣體少。第二，材料應具有功能性強、阻燃效率高等特點，同時應克服傳統阻燃材料機械物理性能方面的現有缺陷，拓展材料應用範圍。第三，降低綜合成本，增強材料的性價比。
3 納米阻燃材料的類型
將傳統的阻燃劑顆粒細化到納米級應用到相關材料中即可獲得納米阻燃材料。納米技術的應用、納米級顆粒的獲得以及納米尺度所表現出來的特有的多種效應大大增強了阻燃劑和材料間的相容性，一定程度上減少了阻燃劑的應用量，同時也提高了阻燃性能，提升了阻燃材料的性價比。目前，已研製的常用納米阻燃複合材料大致有以下幾種。
3.1 聚合物粘土納米材料
粘土納米阻燃材料涉及陽離子粘土礦物蒙脫石、陰離子粘土礦物層狀雙金屬氫氧化物、非離子型粘土礦物高嶺石等原料，藉助插層方法修飾，獲得對聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚丙烯(PP)等有效的複合阻燃材料。粘土類阻燃劑的層狀硅酸鹽中含有炭化層，在高溫下能夠俘獲一些自由基，在改變了材料力學性能的同時，也提高了材料的阻燃性能，還避免了添加滷系阻燃劑後燃燒時發煙量大、產生腐蝕性和毒性氣體等缺陷。火災時，硅酸鹽碳化層減緩了材料燃燒時揮發物逸出的速度從而使得粘土類納米材料在凝聚相分解過程中揮發物的溢出率低。
3.2 納米氫氧化鎂阻燃材料
納米級氫氧化鎂阻燃材料的阻燃性、發煙量與基材的相容性等性能要優於微米級的氫氧化鎂阻燃材料的相應性能。在一定劑量下，納米級氫氧化鎂阻燃體可以達到UL94標準的V-0級。金屬氫氧化物本身優勢明顯，關鍵是添加量要比較大，通常在60%以上，而高填充量對阻燃材料的物理機械性能影響較大，而納米技術正好能很好地解決阻燃劑和基體間的分散性和相容性的問題，兩種技術的結合大大提升了氫氧化鎂阻燃劑的應用和阻燃後材料的阻燃性能。納米氫氧化鎂阻燃材料具有無滷、低煙、無毒、無滴落、耐酸、穩定性好、分解溫度高、不腐蝕設備等多種優異性能，具有廣闊的應用前景。
3.3 納米碳酸鈣類複合材料
用錫酸鋅包覆納米碳酸鈣粉體並應用到聚氯乙烯(PVC)中，得到40～60 nm的產品粒徑，減少了增塑劑在PVC中的用量，提高了產品的加工性能，再加上硬質PVC本身的高含氯量和高阻燃性，極限氧指數(LOI)可以達到45%，獲得了優良的阻燃複合材料。經過甲基丙烯酸處理的納米碳酸鈣/聚苯乙烯(PS)原位複合材料粒徑也在
100 nm以內，也具有較好的阻燃性能。此外也可以應用脂肪酸、鈦酸酯偶聯劑以及納米碳酸鈣經過表面處理得到聚丙烯/納米碳酸鈣複合材料，經過實驗和應用，都在保持較好阻燃性能的基礎上，材料的力學性能方面得到了很大的改善，材料的抗衝擊強度也有所提高。
3.4 納米級氧化銻阻燃材料
納米級氧化銻阻燃PVC材料的阻燃性能高，發煙量低，其性能優於傳統的PVC材料的相應性能，而且適合用於紡織品中。納米級氧化銻顆用量少， 而且不會阻塞機器的噴絲孔， 使得紡織品能夠阻燃。另外，納米級的氧化銻材料的比表面積很大，對一些紡織品的滲透性能好，具有很強的粘附力，由此形成的紡織材料還具有很好的耐洗牢度，不易褪色。納米氧化銻具有成本低，平均粒度小，在聚酯材料中分散均勻，相容性好等優點。
3.5 EVA/二氧化硅納米複合材料
納米二氧化硅改性的聚合物已經獲得了廣泛的應用，原因是經過納米化和改性，所獲得的納米複合材料具有質輕、高強度、高韌性等多種優點。EVA類納米複合材料中納米填充層在內層聚合物外面形成一層隔離層，從而強化了炭化過程，材料降解過程延長，用錐形量熱計測量出的熱釋放速率峯值極低，阻燃性能較傳統阻燃材料有大幅提高。在力學性能方面，研究表明，EVA/二氧化硅複合材料中的體積填充分數爲4%時，複合材料的拉伸強度最高，約爲基體的兩倍，這也充分顯現出了納米技術在提升複合材料的'物理機械性能方面的重要作用。
4 納米阻燃材料製備工藝進展
納米材料的製備方法主要有以下幾種。
①溶膠―凝膠法。溶膠―凝膠法是製備納米材料比較普遍的製備方法。其流程是：將金屬氧化物或金屬鹽溶於水中，通過水解反應後，形成溶膠狀納米級微粒，再將溶劑蒸發，之後形成凝膠物體。這樣就形成了有機聚合物與無機分子相互滲透，具有多層有序結構的阻燃材料。該方法化學反應溫和，無機成分和有機成分相互摻混，結構緊密，但也存在凝膠乾燥時易出現材料收縮脆裂等缺點。
②共沉澱法。共沉澱法是指先期形成的無機納米粒子與有機聚合物混合沉澱形成阻燃材料的方法。這種方法中，納米粒子與材料合成分開製作，納米粒子的尺寸與結構可以很好的控制，同時納米粒子在聚合物中均勻分佈，綜合性能好。但該方法中納米粒子易團聚，均勻分散納米微粒是最大難題。共沉澱法可分爲溶液共沉澱法、乳液共沉澱法與熔融共沉澱法等多種方式。
③插層法。插層法的流程是將納米微粒製成層狀，再將其插入有機聚合物層之間，導致二者達到納米級複合。這類方法有聚合插層法、熔融插層法及溶液插層法等類型。
④原位共聚法。原位共聚法是指將納米粒子均勻分散在溶液中，再借助加熱、輻射等手段，使聚合物與納米粒子之間發生聚合等一系列反應，最後得到納米級分散的阻燃材料。該方法得到的阻燃材料具有粒子納米特性好，層間焓熵勢壘低等優點。
⑤原位自組裝法。原位自組裝法是指利用聚合物分子與納米粒子間的分子間力、層間靜電力等作用，在原位進行自組裝，生成無機主晶核，最後聚合物再將生成的晶體包圍在內。這種方法合成雙羥基納米複合物比較有利，納米相能有序分佈。
5 納米阻燃材料的展望
在阻燃劑領域中，無機添加型阻燃劑應用最早，用量最大。如銻系、鋁系、磷系、硼系阻燃劑等等。但目前主要存在阻燃劑和基材相容性差和對物理機械性能影響較大等問題。研究表明納米技術的利用可以提高塑料製品的阻燃性以及機械性能，加強纖維製品的阻燃性以及抗靜電能力，加強橡膠製品的阻燃性以及減少其燃燒時的有毒氣體的釋放和發煙量。納米阻燃材料可以在發揮無機類阻燃材料低滷或無滷、低煙、低腐蝕等優勢的基礎上，藉助納米技術大大提高無機類阻燃材料的綜合性能。
此外納米阻燃材料也將在提高材料的熱穩定性、減少材料在使用中的團聚、增強阻燃劑和材料間的用量、粒徑、層狀結構的優化和復配、優化材料的儲運和添加過程、提升材料的阻燃效果、促進材料的多功能化等方面得到進一步發展。在納米阻燃複合材料的微結構及形成機理、材料的阻燃機理細節等基礎理論方面加強研究，不斷加速發展朝陽的納米阻燃材料事業，有利於相關產品產業化的順利實現和拓展。
綜上所述，納米阻燃材料具有阻燃性能好，環保效果好，並且燃燒時放出的有毒氣體少，填充用量少，產品趨於多功能化發展的特點，可廣泛應用於汽車、航空、電子家電等多個行業，具有很大的發展空間。但是納米阻燃材料的發展，仍有很多亟待解決的實際問題，如納米粒子形態的控制、納米粒子分佈工藝以及多功能化的統一等。相信隨着高分子材料科學與工程技術的不斷進步，隨着納米技術的出現、應用和快速發展，納米阻燃材料研究必將會取得長足的進步，爲更好地保護人民生命財產安全提供堅實的物質技術保障。
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