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文件名称:浅谈高分子材料阻燃技术.docx
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总页数:4 页
更新时间:2025-05-15
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文档摘要

根据高分子材料燃烧的特点,可以采用各种不同方式阻断其燃烧过程的进行,从而达到阻燃的目的。随着高分子材料的迅速发展,对于阻燃技术、阻燃机理的研究也日益广泛深入。在气相阻燃、凝聚相阻燃和中断热交换阻燃机理方面,人们做了各种阻燃技术的研究探讨。近年来,如复合阻燃、协效阻燃、大分子阻燃等阻燃技术得到一定程度的发展。

1复合阻燃技术

1.1层状双氢氧化物(LDH)

层状双金属氢氧化物(LDHs)为层状无机纳米材料,与氢氧化铝(Al(OH)3,亦称水合氧化铝,ATH)和氢氧化镁(Mg(OH)2,亦称水合氧化镁,MH)具有相似的组成和结构,兼具两者的优点,且其本身不含有任何有毒物质,因此是一种理想的阻燃和抑烟型绿色阻燃剂。LDHs的阻燃机理为LDH在燃烧过程中可以分解成CO2、H2O、金属氧化物等。一方面,CO2和H2O可以稀释可燃气体和O2,降低燃烧时的温度;另一方面,金属氧化物有利于炭层的形成,起到隔绝O2和热量的作用,进一步降低基材的降解速率[1]。LDHs在阻燃领域具有较好的应用前景。

1.2纳米金属有机框架材料(MOFs)

MOFs是由有机配体与金属离子或团簇通过自组装的方式形成的具有网状结构的有机-无机杂化多孔材料,其结构见图1。MOFs的设计具有灵活性,结构具有可调性。不论是针对有机配体还是金属配位物,只要经过合理的改性设计都可获得具有某种特定性能的MOFs,这预示着MOFs具有广阔的应用前景。

图1

复合材料中加入MOFs能显著提高热稳定性和阻燃性。在MOFs质量分数仅为2%的情况下,复合材料的热释放速率峰值(PHRR)分别降低超过14%和28%,因此MOFs可用作填料来改善聚合物的阻燃性能。MOFs还会抑制燃烧过程中毒性CO和苯乙烯低聚物的释放,这意味着气相降解产物的毒性将降低[2]。

1.3石墨烯(GNS)

GNS是一种单层碳原子组成的二维纳米片层材料,图2为GNS及氧化石墨烯(GO)的结构示意图。GNS及其衍生物由于纳米效应而有良好的阻燃性能,特别是GNS作为阻燃助剂与无机纳米材料结合可形成用途广泛的阻燃材料。与传统碳系阻燃剂如石墨、膨胀石墨、氧化石墨等相比,GNS独特的二维纳米片层结构具有更高的阻燃效率;而与碳纳米管相比,GNS价格相对低廉,更适合工业应用。

图2

GNS及其衍生物的阻燃机理为:(1)GNS及GO都具有独特的二维层状结构,在燃烧过程中GNS可以促进生成致密且连续的碳层结构,起到了物理隔离屏蔽的作用;(2)层状结构使得GNS及其衍生物具有了较大的比表面积,能够更加有效地吸附可燃性有机挥发物,或者阻碍这些有机挥发物的释放和扩散;(3)GNS尤其是GO材料表面都含有丰富的活性基团,在低温下,GO上的含氧基团分解和脱水反应,在燃烧过程中,这种反应产生的气体能吸收大量的热量降低聚合物基体温度,同时,脱水气体还能稀释火焰周围的O2浓度,达到阻燃效果;(4)GNS和GO能与聚合物材料的分子链之间产生相互作用,形成三维网络结构,在燃烧过程中,这种三维网络防止了熔融滴落现象的发生,提高复合材料的阻燃性[3]。

2协效阻燃技术

目前国际上无卤阻燃剂的最新研发热点之一就是利用多种阻燃元素协效来弥补单一阻燃元素的不足,从而较好地平衡阻燃剂用量、性能与成本的关系,满足日益增长的环保与安全性要求。研究人员对多种体系阻燃剂的协效作用做了大量的研究,如氢氧化物的协效阻燃、磷氮协效阻燃、磷硅协效阻燃、纳米粒子复配阻燃体系等。

高分子阻燃技术发展趋势

阻燃剂已经随着高分子材料的广泛应用而得到了很大发展,并且随着人们环保意识的增强,人们不断追求阻燃效率高、无毒无害、与聚合物相容性好、低迁移性、成本低的环保阻燃剂,新型阻燃剂品种不断出现,一些新兴技术也被不断地应用于阻燃剂的研究和生产。协效阻燃、大分子阻燃技术的发展正向着高效化、低毒化、环保化的方向发展。今后还将继续针对高分子阻燃材料开展超细化设计、微胶囊化设计、不同阻燃剂复配协同、大分子阻燃剂结构设计,以及表面改性等技术的研究。随着国内外对阻燃技术的研究进展,阻燃剂将会有一个蓬勃发展的前景。