无机纳米材料和胶黏剂在阻燃后处理中的应用

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1、从1959年理查德费曼关于纳米科技的梦想预言到格莱特制得几纳米的超细粉末，经过几十年的发展，纳米材料被广泛地应用各行各业中。因为其所具有的表面效应、量子尺寸和体积效应使得纳米材料在光学、电热学、力学和电磁学等方面展现出特殊的性能。无机纳米材料作为一种新型材料被应用于纺织品的阻燃整理，改善了传统卤系、磷系阻燃剂带来的污染大、产生有毒烟雾的问题。纳米材料尺寸细小，比表面积大，粒子在聚合材料中分散较为均匀，受热时可以均匀释放其阻燃性，阻燃颗粒与外界的接触面积较大，可以有效地减少自由基，从而在火灾初期吸收大量的热量从而达到抑制反应的目的。应用

2、于阻燃后整理的无机纳米材料主要有各种纳米无机金属及非金属氧化物、氢氧化铝、氢氧化镁和层状纳米复合材料等。1·纳米材料1．1纳米氧化物无机纳米氧化物材料品种非常多，用途广，是很重要的一类。它包括二氧化硅，纳米金属氧化物，非金属的硫化物，碳化物，硅化物和磷化物，以及含氧酸盐纳米材料。纳米二氧化硅常在涂料中添加，具有耐高温的作用，也作为黏合剂的添加剂使用，可以提高黏结效果和密封性能。孙建红［1］等采用溶胶凝胶法制备了SiO2的溶胶对羊毛织物进行处理，结果显示羊毛织物极限氧指数从26．12％提高到31．10％～45．15％，剩炭率从22．14

3、％增加到33．10％～56．10％，阻燃性能得到明显改善。SiO2在阻燃剂中通常是作为填料来用的，有助于提高阻燃性能，单独用时阻燃性能不高。Sb2O3同样属于添加型阻燃剂，在阻燃上应用较早，熔点在655℃，受高温后被气化，带走内部热量并稀释空气中氧浓度，从而起到阻燃的作用。Sb2O3常与传统的卤系阻燃剂联合使用，受热时释放出HCl，然后生成SbOCl分解吸收大量的热，再次分解为SbCl3，分解出氯游离基与活性氢和氢氧游离基结合，起到抑制火焰的作用。氧化锑的阻燃研究较早，协同阻燃的应用较多。1．2纳米氢氧化物纳米氢氧化物中应用较广泛且阻

4、燃效果较好的是氢氧化铝和氢氧化镁。我国拥有丰富的镁铝资源，它们价格便宜，使用数量也在不停地增加，有着较好的应用前景。在大火中，先致人于死地的通常是燃烧产生的有毒浓烟而不是高热。而氢氧化铝和氢氧化镁有很好的热稳定性和抑烟作用，无毒无污染，不产生腐蚀气体，从而减少了因为有毒浓烟带来的伤亡。氢氧化铝和氢氧化镁作为添加型的阻燃剂，一般需较大的添加量（大于40％）才能达到较好的阻燃效果，从而影响了材料力学性能以及表面形态。陈妍［2］将纳米改性氢氧化铝以不同比例添加到尼龙66（PA66）中，复合材料的阻燃性能、拉伸性能和冲击性能都有所善。纯尼龙6

5、6与添加40份纳米改性氢氧化铝/尼龙66相比较，氧指数（LOI）从25提高到29，拉伸性能提高了31％，冲击强度提高了8．6％。Mg（OH）2要比Al（OH）3进入市场晚，其熔点要比Al（OH）3高，有着广泛的发展前景和市场价值。纳米粒子的超细化，可以减少添加量，使得阻燃效果得到提高。同时，粒子的超细化又面临着严重的团聚问题，直接影响使用的效果。因而需对纳米粒子进行表面改性，增加分散性和结合力。目前，氢氧化镁和氢氧化铝的表面改性是研究的热点。1．3纳米层状双氢氧化物在阻燃整理中可以作为阻燃剂的有镁铝型层状氢氧化物。氢氧化铝镁具有类似水

6、滑石的层状结构［3］，层片中部分Mg2＋被Al3＋同晶置换，因而带有大量永久性正电荷，层间吸收可交换的阴离子Cl-、OH-以维持电性平衡。由于其填料的特殊结构，使其有别于常规的阻燃材料，具有多种独特的性能，目前已经广泛应用在许多纳米复合材料中。张泽江［4］等发现，用Mg－Al层状双氢氧化物这种合成的阻燃剂与APP（聚丙烯）结合后处理PS（聚苯乙烯），与仅仅添加LDs或APP的PS相比，能表现出更高的极限氧指数。另外，在LDHs含量相同的情况下，通过乳液和微波聚合制备的PS/LDHs纳米复合材料的极限氧指数要高于PS和纳米LDHs常规混

7、合物的。2·纳米材料的制备方法2．1沉淀法直接沉淀法是制备纳米材料常用的一种方法，原理是在金属盐溶液中加入沉淀剂。常用的沉淀剂有氨水、碳酸盐、草酸铵和氢氧化钠等。将沉淀剂在一定条件下加入到溶液中，析出沉淀，洗去阴离子，烘干研磨就可以得到最终产物。通过该法可以在一定条件下制成片状、针状和球型的纳米氢氧化镁粉体。直接沉淀法对设备要求不高，操作简单易行，不容易引入杂质，纯度较高，缺点是沉淀中含有大量的阴离子，去除会十分困难，从而影响纳米粒子的粒径以及应用效果。现在有人采用反向沉淀法，将金属盐溶液在一定条件下加入到沉淀剂中，得到的纳米粒子粒径

8、有所减小。同样，均匀沉淀法是另一种使得粒子成核粒径朝细小和致密方向发展的方法。均匀沉淀法常用的沉淀剂有尿素和六次甲基四胺，这种方法制备纳米粒子时加入的沉淀剂并不立刻与被沉淀的组分反应，而是通过化学反应使沉淀剂在整个溶液中