關于納米材料改性聚磷酸銨在聚合物阻燃中的應用分析

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?，F階段，聚合物在工業、農業領域有較為廣泛的應用。但是聚合物材料有較為獨特的特點，其燃點相對較低，也是聚合材料目前存在的缺點。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材料的研究成果。

關鍵詞：納米材料;聚磷酸銨;聚合物材料

引言：聚磷酸銨是一種化學產物，含磷含氮且高效低毒的阻燃劑，通過科學的研究，現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納米材料的概念，同時通過相應的研究，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成的單元材料。根據納米的度數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，進行催化作用，以此來加強聚磷酸銨的熱穩定性和耐水性，這樣能保證聚磷酸銨在聚合物中減少流失、遷移等現象，進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200m2/g，其孔容較高，而且孔道結構相對較好，而且二氧化硅有良好的熱穩定性，在承擔吸附和負載功能上效果較好?，F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，將其用于化合物進行包覆，可以提高聚氨酯材料的阻燃效果。其氧氣指數可以達到百分之三十二，而且燃燒等級高達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，可以達到阻燃效果，根據錐形量熱議檢測結果得知，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晶，以此作為保護屏障。而且還有助于聚合物的材料的碳化，進而保護聚合物的碳層。零維納米二氧化硅在適當的添加量下，可以最大程度的限制聚磷酸銨的燃燒，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年左右才被發現，進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，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900m2/g，有非常好的熱穩定性，將酒精和阻燃劑進行混合，并將其運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到百分之四十左右。燃燒高達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，使氣態產物與磷和碳混合后生成其他現象，導致碳層出現膨脹，在加入海泡石后，使其性能增強，聚丙烯的碳層有較好的熱穩定性，而且有效防止裂開現象，促進其熱量均勻分布，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，二維納米材料的結構最為以精確，作為研究材料可膨脹石墨運用的相對較多。

可膨脹石墨主要是由碳元素構成，其結構為平面六角網式。在性能方面，其無毒，而且有較強的受熱性，基本不會產生燃燒?，F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行混合，并將其應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達到百分之三十六，燃燒值達到UL-94V-0級。阻燃聚乳酸單獨添加聚磷酸銨和可膨脹石墨其增加百分之十六，與單獨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，有充足的優勢，在結合過程中，可膨脹石墨分解釋放出不可燃氣體，可以有效稀釋可燃氣體。

結束語：隨著科技不斷的發展，現階段，納米材料的使用較為廣泛。納米材料必須加入相應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，納米材料對于聚磷酸銨的穩定性越來越明顯，其主要是以聚磷酸銨為主，阻燃體系在不斷的研究中增強，使得聚磷酸銨有較好的阻燃效率。

參考文獻：

[1]李玉芳，伍小明. 環保型阻燃劑的研發新進展[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展[J]. 塑料科技，2017，45（12）：107-112.