塑料阻燃技术的革命:聚合物/无机物纳米复合材料

塑料阻燃技术的革命:聚合物/无机物纳米复合材料

20世纪80年代末,聚合物/无机物纳米复合材料研究逐渐兴起,这为阻燃聚合物材料的研发开辟了新的途径,被国外有关文献誉为塑料阻燃技术的革命。


说起纳米材料,大家并不陌生。纳米是一种长度单位,1nm=0.000000001m,差不多一根头发丝直径的六万分之一。为了能有个直观的感受,老台我忍着痛拔下了一根自己的头发做参照。





而纳米材料指的则是本身至少有一维尺度小于100nm的材料。





那么,刚刚提到的

聚合物/无机物纳米复合材料又是什么


是一种效果非常好的阻燃剂吗?阻燃作用机理是什么?有哪些分类呢?别急,请听老台慢慢道来。




聚合物/无机物纳米复合材料

是指以特殊的技术制备的纳米级无机物分散在聚合物基体中形成的复合材料。


由于纳米级材料极大的比表面积而产生的一系列效应,如密度小、机械性能强、与聚合物相容性好,特别是这类材料的耐热性和阻燃性能,使得它们具有较常规聚合物复合材料无法比拟的优点。


经过30年的发展,关于聚合物/无机物纳米复合材料的研究已经有了较大的突破。下面,老台图文并用

带你了解下聚合物/无机物纳米复合材料


✎一、无机纳米粉体化合物

包括纳米金属氧化物与氢氧化物、POSS化合物等



(PP/疏松型纳米氢氧化镁微囊构想图)


纳米金属氢氧化物包括纳米级氢氧化镁(MH) 和氢氧化铝(ATH)。 它们常用于聚丙烯(PP),聚乙烯(PE),聚苯乙烯(PS),聚酰胺(PA),乙烯-乙烯醇共聚物(EVA)等聚合物材料的阻燃性能研究。


笼形聚倍半硅氧烷(POSS) 即类似于二氧化硅的无机纳米笼形结构体,能被多个位于笼形体顶角上的有机基团包围。特点:其结构上的有机基团决定着 POSS单体的性质,如结晶性、溶解性、及聚合物基体的相容性 。


✎二、无机纳米层状化合物

包括层状双氢氧化物(LDHs)、层状硅酸盐、磷酸锆(ZrP)等

层状双氢氧化物(LDHs):主客体结构,主体是带正电的金属氢氧化物片层,客体是插层阴离子和水分子。


层状硅酸盐:由一个铝氧 (镁氧)八面体夹在两个硅氧四面体之间靠共用氧原子而形成的层状结构,长、宽从30nm到几微米不等,层与层之间靠范德华力结合,并形成层间间隙。




(硅酸盐天然矿物蒙脱土)


磷酸锆(ZrP)材料:一种多功能材料,既有离子交换树脂一样的离子交换性能,又有沸石一样的择形吸附和催化性能。同时又有较高的热稳定性和较好的耐酸碱性。


✎三、纳米管状化合物

应用最多的主要是碳纳米管(CNTs)




(碳纳米管)


优点:较高的长径比,容易在聚合物基体中渗透形成网络,可以同时改善聚合物的阻燃与力学性能。尤其是对于多壁碳纳米管(MWNT)的研究表明,将MWNT用于聚合物基体中形成纳米复合材料后,可以赋予聚合物优良的阻燃性能。当然这可能与其良好的协效作用相关,研究表明只需添加极少量的MWNT即可达到较好的阻燃效果。


✎四、纳米金属催化剂

研究最多的是镍催化剂(Ni-Cat)




(镍催化剂)


镍催化剂(Ni-Cat):一种由带多孔结构的镍铝合金细小晶粒组成的固态异相催化剂,多孔结构,比表面积大,催化活性强。研究表明,添加少量的纳米镍即能起到良好的阻燃和抑烟效果。



老台:


最后,我再总结下聚合物/无机物纳米复合材料的优缺点


优点:

1.纳米化合物,通常只作为阻燃协效剂或催化剂使用;

2.主要提升材料的机械性能、热性能,部分具有一定的抑制烟气生成、降低燃烧气体毒性的功能;

3.使用量较少,通常添加0.1%-5%即可取得较好的协效作用。


缺点:

1.需要同其他阻燃剂结合使用,单独使用很难达到效果;

2.受当前纳米技术限制,聚合物/无机物纳米复合材料综合成本高,性价比较低。


相信随着纳米技术的快速发展以及纳米产品的不断更迭,今后在阻燃行业,纳米材料也会得到更多的应用,聚合物/纳米复合材料的使用也会越来越多,前景将是一片光明!



发布于 2019-01-02

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