關(guān)于納米材料改性聚磷酸銨在聚合物阻燃中的應(yīng)用分析

劉文峰 劉金鳳 王雨朦 汪迪良 顧鋒雷 余陽洋

摘要：聚合物一般是指高分子化合物，又稱之為大分子。現(xiàn)階段，聚合物在工業(yè)、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域有較為廣泛的應(yīng)用。但是聚合物材料有較為獨(dú)特的特點(diǎn)，其燃點(diǎn)相對較低，也是聚合材料目前存在的缺點(diǎn)。為此，為了提高聚合物使用的安全性，通常會加入阻燃劑。本文講述納米材料改性聚磷酸銨在聚合物阻燃中的作用，以及討論了納米相關(guān)材料的研究成果。

關(guān)鍵詞：納米材料;聚磷酸銨;聚合物材料

引言：聚磷酸銨是一種化學(xué)產(chǎn)物，含磷含氮且高效低毒的阻燃劑，通過科學(xué)的研究，現(xiàn)階段加入到聚合物材料中，有較好的阻燃效果。由于聚磷酸銨里還有吸水因子，使得其特別容易吸收水分，與聚合物的相融效果較差，隨著時間的推移，會使其遷移到聚合物表面，進(jìn)而不能起到阻燃效果。目前，對聚磷酸銨在改性處理的使用成為現(xiàn)階段的主要研究方向。

一、納米材料的由來

在1980年左右，德國專家格萊特首次提出相關(guān)納米材料的概念，同時通過相應(yīng)的研究，得到人工制作的納米晶體。這一舉動不光引起同行的關(guān)注，還受到世界各國重視。納米材料是指在三維的空間里，至少有一維處于一納米到一百納米之間并構(gòu)成的單元材料。根據(jù)納米的度數(shù)可以劃分為零維納米、一維納米、二維納米。納米材料通常具有較高的表面積，可以將聚磷酸銨體系放入其中，進(jìn)行催化作用，以此來加強(qiáng)聚磷酸銨的熱穩(wěn)定性和耐水性，這樣能保證聚磷酸銨在聚合物中減少流失、遷移等現(xiàn)象，進(jìn)而提高聚合物的阻燃性[1]。

二、零維納米材料

零維納米材料是指在空間三維尺度中納米制度上，主要里面特有的原子和納米微粒等。能夠改性聚磷酸銨的主要材料是二氧化硅（SiO2），又稱為“白炭黑”。其表面積可達(dá)200m2/g，其孔容較高，而且孔道結(jié)構(gòu)相對較好，而且二氧化硅有良好的熱穩(wěn)定性，在承擔(dān)吸附和負(fù)載功能上效果較好。現(xiàn)階段，可以通過聚合二氧化硅包覆在聚磷酸銨的表面，其形狀類似于膠囊，將其用于化合物進(jìn)行包覆，可以提高聚氨酯材料的阻燃效果。其氧氣指數(shù)可以達(dá)到百分之三十二，而且燃燒等級高達(dá)UI.94 V-0級。與未包裹納米二氧化硅的聚磷酸銨相比，水溶性降低百分之八十五。將二氧化硅與聚磷酸銨混合，可以達(dá)到阻燃效果，根據(jù)錐形量熱議檢測結(jié)果得知，聚甲基丙烯酸甲酯中加入二氧化硅體系，可以將其熱釋放速度峰值降低到百分之四十四。在聚合物燃燒測試中，即使在400度的高溫下，聚磷酸銨會有四種離子生成不同的結(jié)晶，以此作為保護(hù)屏障。而且還有助于聚合物的材料的碳化，進(jìn)而保護(hù)聚合物的碳層。零維納米二氧化硅在適當(dāng)?shù)奶砑恿肯拢梢宰畲蟪潭鹊南拗凭哿姿徜@的燃燒，降低其可燃性，但要注意二氧化硅的用量，過多的情況下，可能會產(chǎn)生不利的影響[2]。

三、一維納米材料

一維納米在1990年左右才被發(fā)現(xiàn)，進(jìn)而被廣泛的研究與使用。一維納米是指納米材料兩位方向尺寸的范圍之內(nèi)，一維方向的尺寸較大，生成宏觀的納米材料。采用聚磷酸銨的改性材料主要是海泡石，海泡石是一種纖維的含水硅酸鎂。其長度較高，面積更為廣泛，高達(dá)900m2/g，有非常好的熱穩(wěn)定性，將酒精和阻燃劑進(jìn)行混合，并將其運(yùn)用到聚丙烯的阻燃處理中。在阻燃劑中加入百分之一的酒精，聚丙烯材料燃矢量會達(dá)到百分之四十左右。燃燒高達(dá)UL-94 V-0級，與加入阻燃劑的聚丙烯相比，多方面都有明顯的下降。在阻燃劑中，聚磷酸銨作為主要原料，在加熱過程中，使氣態(tài)產(chǎn)物與磷和碳混合后生成其他現(xiàn)象，導(dǎo)致碳層出現(xiàn)膨脹，在加入海泡石后，使其性能增強(qiáng)，聚丙烯的碳層有較好的熱穩(wěn)定性，而且有效防止裂開現(xiàn)象，促進(jìn)其熱量均勻分布，延緩了燃燒速率，提高聚丙烯的阻燃性。

四、二維納米材料

二維納米材料是指在三維空間中一維處于納米尺度由他們構(gòu)成的基本材料，生活常見的薄膜、多層膜都是采用二維納米材料制成。改性聚磷酸銨中，二維納米材料的結(jié)構(gòu)最為以精確，作為研究材料可膨脹石墨運(yùn)用的相對較多。

可膨脹石墨主要是由碳元素構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)為平面六角網(wǎng)式。在性能方面，其無毒，而且有較強(qiáng)的受熱性，基本不會產(chǎn)生燃燒。現(xiàn)階段，在各種阻燃性防火工具中都有較為廣泛的使用。將膨脹石墨與聚磷酸銨進(jìn)行混合，并將其應(yīng)用聚乳酸阻燃處理中，其中聚磷酸銨和可膨脹石墨的配比數(shù)是三比一，其阻燃值總量在下雨百分之十五的條件下，聚乳酸材料的央企指數(shù)達(dá)到百分之三十六，燃燒值達(dá)到UL-94V-0級。阻燃聚乳酸單獨(dú)添加聚磷酸銨和可膨脹石墨其增加百分之十六，與單獨(dú)添加聚磷酸銨的材料相比，總熱釋放量下降百分之四十八，可膨脹石墨與聚磷酸銨混合與前面相比，有充足的優(yōu)勢，在結(jié)合過程中，可膨脹石墨分解釋放出不可燃?xì)怏w，可以有效稀釋可燃?xì)怏w。

結(jié)束語：隨著科技不斷的發(fā)展，現(xiàn)階段，納米材料的使用較為廣泛。納米材料必須加入相應(yīng)的聚合物材料才能將阻燃性有效提升。隨著納米材料的不斷研發(fā)，納米材料對于聚磷酸銨的穩(wěn)定性越來越明顯，其主要是以聚磷酸銨為主，阻燃體系在不斷的研究中增強(qiáng)，使得聚磷酸銨有較好的阻燃效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]李玉芳，伍小明. 環(huán)保型阻燃劑的研發(fā)新進(jìn)展[J]. 國外塑料，2011，29（12）：32-36.

[2]王迪，姚澤昊，朱文利. 膨脹型阻燃劑對聚丙烯阻燃改性的研究進(jìn)展[J]. 塑料科技，2017，45（12）：107-112.