阻燃聚合物/无机物纳米复合材料的若干前沿问题探讨

简要介绍了近年来阻燃聚合物/无机物纳米复合材料研究的进展,分析了当前阻燃聚合物/无机物纳米复合材料基础研究和应用中存在的问题,展望阻燃聚合物/无机物纳米复合材料研究的发展趋势,并讨论了若干阻燃聚合物纳米复合材料的前沿问题.     

红磷/Mg（OH）2阻燃体系对无卤阻燃聚丙烯性能影响的研究

以红磷/氢氧化镁为协同阻燃剂,以POE为高分子材料增韧改性剂,以聚丙烯PP为基体,通过采用熔融混合挤出制得无卤阻燃聚丙烯复合材料材料。对该无卤阻燃聚丙烯复合材料材料进行了力学性能、阻燃性能、热性能测试,讨论了红磷/氢氧化镁复合阻燃剂的阻燃机理。实验研究表明：红磷/Mg（OH）2阻燃体系在PP中有良好的阻燃协同效应;阻燃剂用量对阻燃复合材料的力学性能有明显影响,研制的阻燃PP有产业化化生产意义。     

阻燃聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料的燃烧性能

采用X射线衍射和透射电镜对所制备的聚丙烯/蒙脱土（PP/MMT）插层纳米复合材料的结构进行表征;通过热分析、锥形量热、氧指数、垂直燃烧测试对其热解和燃烧性能进行了研究.热分析表明蒙脱土片层在热解过程中显示出能量阻隔作用,提高了材料的热稳定性和成炭量;蒙脱土片层与膨胀型阻燃剂之间的协效作用使得纳米复合材料热释放速率、CO与CO2释放量及比消光面积明显降低;将不同阻燃级别的材料制成电视机壳进行全尺寸锥形量热仪实验表明,V-0级别的阻燃聚丙烯材料的火灾危险性最小.     

EVA/蒙脱土纳米复合材料的阻燃性能

采用熔融插层法制备乙烯-醋酸乙烯酯/有机蒙脱土纳米复合材料（EVA/OM-MT）,并研究其阻燃性能。结果表明,EVA大分子能有效地插入有机蒙脱土（OMMT）片层间,形成插层型纳米复合材料,而不能有效插入钠基蒙脱土（MMT）片层间;OMMT可以明显地改善EVA/OMMT的阻燃性能,随着OMMT用量的增大,EVA/OMMT的热释放速、峰值热释放速率、总热释放先明显降低然后趋于稳定。     

纳米复合材料Mg(OH)2/EVA结构及性质研究

以纳米氢氧化镁(MH)为阻燃剂,加入乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)中,制得纳米MH/EVA复合材料.采用FR-IT和SEM表征了材料的结构、阻燃剂形貌和分散情况,采用TG分析了材料的热分解状态,利用氧指数和垂直燃烧测定法分析了材料的阻燃性能,并测试了材料的力学性能.结果表明:MH纳米化后可以降低阻燃剂用量并保持材料的阻燃等级,复合材料中纳米MH含量低于20%时在EVA中分散良好,对EVA有增韧作用;纳米MH含量高于30%时,阻燃剂粒子团聚现象严重,材料力学性能下降;纳米MH含量为50%时,阻燃等级为V-0级,氧指数为28.6%.     

聚合物/纳米复合阻燃材料的研究进展

本文阐述了聚合物/纳米复合阻燃材料的燃烧机理、阻燃机理,介绍了聚合物/纳米复合阻燃材料及制品阻燃技术研究历史与现状,并对其发展趋势加以讨论。     

纳米SiO_2/尼龙6高应变率冲击力学性能

纳米复合材料不同于一般材料,为了体现其优越性及纳米颗粒对基体材料的改性效果,本文利用分离式Hopkinson压杆（SHPB）对纳米SiO2/尼龙6复合材料进行了高应变率下的动态压缩试验。研究结果表明,纳米SiO2能提高尼龙6基体抗变形能力,讨论了材料的应变率效应及纳米颗粒含量对基体的影响。     

PET/AlOOH纳米复合材料的制备及性能研究

为了提高PET的阻燃性能.用原位聚合的方法制备出PET/AlOOH纳米复合材料.对纳米复合材料做了TEM,TGCONE和SEM的测试.结果显示:PET/AlOOH是纳米复合材料;其活化能比纯PET要高;纳米复合材料的热释放速率和生烟速率都明显的比纯PET低很多.因此,PET/AlOOH纳米复合材料具有很好的热稳定性和阻燃性能.     

纳米Al(OH)3表面改性及其在EVA中的阻燃应用

研究了硅烷偶联剂G湿法表面改性纳米Al(OH)₃（ATH）及其在乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA）体系中的阻燃应用，确定了G的最佳质量分数1.5％和最佳改性pH值5-6。通过沉降试验、红外光谱及复合材料力学性能等对改性效果进行了表征：改性后粉体在液体石蜡中沉降速度明显降低，红外光谱图表明改性粉体表面有效键合了有机物质，拉伸测试表明添加改性粉体的复合材料力学性能明显提高。将改性纳米ATH应用于EVA阻燃，当无机填料质量分数为55％时，复合材料力学、阻燃性能即可达到性能要求。     

聚氨酯/聚甲基丙烯酸甲酯/有机蒙脱土纳米复合材料的结构、形态与力学性能

将插层纳米复合技术与同步互穿聚合物网络（IPN）技术相结合,制备了聚氨酯（PU）/聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）/有机蒙脱土（OMMT）纳米复合材料.用XRD,SEM,TEM等手段并通过力学性能测试研究了该复合材料和相应的PU/PMMA-IPN材料的结构、形态和力学性能.结果表明,PU/PMMA/OMMT纳米复合材料中一部分蒙脱土以8～20nm厚、50～200nm长的片层有序地分布在聚合物基体中,形成了插层/剥离型纳米复合材料,其力学性能显著优于相应的PU/PMMA-IPN材料.OMMT易与PU/PMMA/OM-MT体系中的PU硬段及PMMA分子链形成氢键结合,使得OMMT,PU,PMMA彼此之间的相互作用加强,相容性改善,导致体系的力学性能显著提高.文中还研究了OMMA添加量、PU/PMMA质量比、过氧化二苯甲酰（BPO）添加量、二甲基丙烯酸乙二酯（EGDMA）添加量、1,4丁二醇（BDO）系数等因素对PU/PMMA/OMMT纳米复合材料力学性能的影响,获得PU/PMMA/OMMT纳米复合材料的最佳制备条件为：PU/PMMA质量比为60/40,OMMT,BPO和EGDMA添加量分别为MMA单体质量的5.0%,0.80%和2.0%,BDO系数为0.80.     

蒙脱土纳米复合材料的制备及其在棉织物阻燃整理中的应用

采用类原位聚合法制备了硬脂酸酰胺蒙脱土纳米复合材料(EBS/MMT),并用X射线衍射(XRD)和傅里叶红外光谱((FT-IR))对复合材料进行表征,证实所得产物为插层型蒙脱土纳米复合材料.复合后蒙脱土层间距由1.32nm增加到1.78nm(蒙脱土质量分数为8%)和1.81nm(蒙脱土质量分数为5%).通过将蒙脱土纳米复合材料和高聚磷酸铵(APP)复配制得新型膨胀阻燃体系,并用制备的阻燃整理液对纯棉织物进行阻燃整理.研究表明,蒙脱土纳米复合材料在该体系起高效成炭剂作用.同时探讨了整理液各组分质量浓度及整理工艺条件对阻燃整理效果的影响,得到纯棉织物阻燃整理的优化工艺为高聚磷酸铵质量浓度为160g/L,改性2D树脂交联剂质量浓度为100g/L,蒙脱土纳米复合材料质量浓度为40g/L,焙烘温度为150℃,焙烘时间为3min.     

改性纳米钐/铋/乙烯基酯辐射屏蔽复合材料的制备及性能验证

面对现代辐射防护提出的轻量化和无铅化要求，聚合物基屏蔽材料愈发受到重视。本文将改性后的纳米氧化钐（nanoSm2O3）和纳米氧化铋（nanoBi2O3）作为屏蔽填料，通过原位聚合法制备了改性纳米钐/铋/乙烯基酯辐射屏蔽复合材料（M-nanoSm2O3/M-nanoBi2O3/vinyl ester, SBV）。采用红外光谱和X射线衍射对改性前后的纳米填料进行了表征，通过热重分析、力学性能测试、断面扫描及伽马射线和热中子屏蔽性能测试研究了填料含量对复合材料性能的影响。结果表明，添加改性纳米填料能够显著增强复合材料的热稳定性能和屏蔽性能，但过量添加会严重破坏复合材料的力学性能。综合考虑，掺杂量为30 wt%时，复合材料综合性能最佳，兼并无铅、低比重和高屏蔽性能的特点，有望成为应用于混合辐射场中的屏蔽材料。     

纳米SiO2修饰玻纤表面对玻纤/聚丙烯复合材料界面性能的影响

借助纳米颗粒的高比表面积特性,将纳米二氧化硅通过化学接枝方法修饰玻璃纤维表面,制备玻璃纤维/聚丙烯（PP）热塑复合材料。通过SEM表征纳米二氧化硅在玻璃纤维表面的分布形态,结果表明纳米颗粒在纤维表面分散良好;通过界面剪切强度测试（IFSS）和界面断裂韧性测试（G_ⅡC）表征复合材料界面的静态力学性能,结果显示材料的界面剪切强度与界面断裂韧性同时获得了较大的提升;动态热机械分析测试（DMA）的结果表明复合材料在动态测试下的综合界面结合性能均得到较大的提升。     

纳米SiO2/PMMA复合材料的光学性能

以聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）为基体,通过原位复合的方法制备含纳米SiO₂的复合材料。用紫外-可见分光光度计（UVPC）和傅里叶红外光谱仪（FT-IR）研究复合材料的光谱特性。结果表明:当掺入少量纳米SiO₂时,复合材料的反射谱峰和透射谱峰均发生一定程度的红移;当纳米SiO₂含量超过一定量时,复合材料透过率显著降低。此外,依据Frrsnel’s公式和Beer’s定律计算了复合材料的光学常数。     

用Epoxy/OMMT纳米复合材料制备阻燃聚丙烯

用环氧树脂/有机蒙脱土(Epoxy/OMMT)纳米复合材料与磷酸三苯酯(TPP)复配制备阻燃聚丙烯(PP).研究了环氧树脂种类、OMMT与环氧树脂的质量比、Epoxy/OMMT与TPP的用量等对PP性能的影响,并通过X-射线衍射分析对材料的结构进行了表征.结果表明,酚醛环氧树脂(NER)与有机蒙脱土制得的NER/OMMT纳米复合材料与TPP复配对PP具有很好的协同阻燃作用,在OMMT与NER的质量比为5∶100,NER/OMMT和TPP用量(质量分数)分别为13.33%和6.67%时,制得的阻燃PP氧指数达到36.5%.     

一种新型MXene基阻燃热塑性聚氨酯的研究

以植酸（PA）、吡咯、硝酸钴和碳化钛（Ti3C2Tx，MXene）为主要原料，利用界面调控技术合成一种含P和Co元素的新型MXene基阻燃剂（CoPM），并通过熔融共混的方法制备热塑性聚氨酯（TPU）纳米复合材料。锥形量热测试结果表明，引入4.0 wt%的CoPM后，TPU/CoPM-4.0纳米复合材料的热释放速率峰值、烟释放速率峰值、一氧化碳产生速率峰值和二氧化碳产生速率峰值较纯TPU分别下降41.4%、15.1%、29.4%和39.6%。TPU/CoPM纳米复合材料优异的阻燃和抑烟减毒性能归因于：在凝聚相中，Ti3C2Tx发挥物理阻隔效应和催化成炭作用，隔绝聚合物材料与火焰区的热量、气体交换，且燃烧产物Co3O4和TiO2具有催化抑烟减毒作用；在气相中，PA热解产生含磷自由基捕获剂，从而中断链式燃烧反应。     

协效剂对聚丙烯/氢氧化镁复合材料阻燃和力学性能的影响

采用硬脂酸钠改性后的氢氧化镁与聚丙烯（PP）材料熔融共混,分别以二氧化硅或硼酸锌或聚磷酸铵与季戊四醇的混合物为协效剂,制备氢氧化镁填充量为50%（质量分数）的阻燃聚丙烯。考察了聚丙烯复合材料的燃烧性能、拉伸强度、冲击强度和断面形貌。结果表明：5%（质量分数）的硬脂酸钠改性氢氧化镁填充聚丙烯制备的复合材料拉伸强度、冲击强度和分散性都高于未改性聚丙烯/氢氧化镁复合材料;当协效剂添加量不超过3%时,二氧化硅或硼酸锌对复合材料有协同阻燃和填充增强的作用;聚磷酸铵和季戊四醇的混合物与氢氧化镁有较好的协同阻燃作用,且随着用量的增加,复合材料拉伸强度下降,冲击强度变化不大。     

纤维素/大豆分离蛋白/蒙脱土纳米复合材料的制备及性能研究

以离子液体为溶剂，天然竹纤维和高度剥离的大豆蛋白/蒙脱土（SPI/MMT）复合材料为原料，采用溶液共混的方法制备了纤维素/SPI/MMT纳米复合材料。讨论了SPI/MMT的加入对于MMT在纤维素基体中分散程度的影响。通过XRD，SEM，TG，力学性能、阻隔性能测试等方法研究了纤维素/SPI/MMT纳米复合材料的相容性，结构及MMT的加入对于纤维素性能的影响。实验结果表明，当MMT含量小于6wt%时，可以形成剥离或插层结构的纤维素/SPI/MMT纳米复合材料，材料具有较好的力学性能，热稳定性和气体阻隔性能。     

不同聚合度聚磷酸铵对HDPE阻燃性能影响研究

采用不同聚合度的聚磷酸铵（APP）对高密度聚乙烯（HDPE）进行填充改性,制备出不同HDPE/APP复合材料。利用水平-垂直燃烧仪与氧指数测定仪测试复合材料的阻燃性能。结果表明：APP的添加量对提高复合材料的阻燃性能有利,在APP添加量相同的情况下,聚合度较大的APP填充改性HDPE复合材料阻燃性能较好。     

纤维素/大豆分离蛋白/蒙脱土纳米复合材料的制备及性能研究

以离子液体为溶剂，天然竹纤维和高度剥离的大豆蛋白/蒙脱土（SPI/MMT）复合材料为原料，采用溶液共混的方法制备了纤维素/SPI/MMT纳米复合材料.讨论了SPI/MMT的加入对于MMT在纤维素基体中分散程度的影响.通过XRD，SEM，TG，力学性能、阻隔性能测试等方法研究了纤维素/SPI/MMT纳米复合材料的相容性，结构及MMT的加入对于纤维素性能的影响.实验结果表明，当MMT含量小于6wt%时，可以形成剥离或插层结构的纤维素/SPI/MMT纳米复合材料，材料具有较好的力学性能，热稳定性和气体阻隔性能.