关于纳米材料改性聚磷酸铵在聚合物阻燃中的应用分析

刘文峰 刘金凤 王雨朦 汪迪良 顾锋雷 余阳洋

摘要：聚合物一般是指高分子化合物，又称之为大分子。现阶段，聚合物在工业、农业领域有较为广泛的应用。但是聚合物材料有较为独特的特点，其燃点相对较低，也是聚合材料目前存在的缺点。为此，为了提高聚合物使用的安全性，通常会加入阻燃剂。本文讲述纳米材料改性聚磷酸铵在聚合物阻燃中的作用，以及讨论了纳米相关材料的研究成果。

關键词：纳米材料;聚磷酸铵;聚合物材料

引言：聚磷酸铵是一种化学产物，含磷含氮且高效低毒的阻燃剂，通过科学的研究，现阶段加入到聚合物材料中，有较好的阻燃效果。由于聚磷酸铵里还有吸水因子，使得其特别容易吸收水分，与聚合物的相融效果较差，随着时间的推移，会使其迁移到聚合物表面，进而不能起到阻燃效果。目前，对聚磷酸铵在改性处理的使用成为现阶段的主要研究方向。

一、纳米材料的由来

在1980年左右，德国专家格莱特首次提出相关纳米材料的概念，同时通过相应的研究，得到人工制作的纳米晶体。这一举动不光引起同行的关注，还受到世界各国重视。纳米材料是指在三维的空间里，至少有一维处于一纳米到一百纳米之间并构成的单元材料。根据纳米的度数可以划分为零维纳米、一维纳米、二维纳米。纳米材料通常具有较高的表面积，可以将聚磷酸铵体系放入其中，进行催化作用，以此来加强聚磷酸铵的热稳定性和耐水性，这样能保证聚磷酸铵在聚合物中减少流失、迁移等现象，进而提高聚合物的阻燃性[1]。

二、零维纳米材料

零维纳米材料是指在空间三维尺度中纳米制度上，主要里面特有的原子和纳米微粒等。能够改性聚磷酸铵的主要材料是二氧化硅（SiO2），又称为“白炭黑”。其表面积可达200m2/g，其孔容较高，而且孔道结构相对较好，而且二氧化硅有良好的热稳定性，在承担吸附和负载功能上效果较好。现阶段，可以通过聚合二氧化硅包覆在聚磷酸铵的表面，其形状类似于胶囊，将其用于化合物进行包覆，可以提高聚氨酯材料的阻燃效果。其氧气指数可以达到百分之三十二，而且燃烧等级高达UI.94 V-0级。与未包裹纳米二氧化硅的聚磷酸铵相比，水溶性降低百分之八十五。将二氧化硅与聚磷酸铵混合，可以达到阻燃效果，根据锥形量热议检测结果得知，聚甲基丙烯酸甲酯中加入二氧化硅体系，可以将其热释放速度峰值降低到百分之四十四。在聚合物燃烧测试中，即使在400度的高温下，聚磷酸铵会有四种离子生成不同的结晶，以此作为保护屏障。而且还有助于聚合物的材料的碳化，进而保护聚合物的碳层。零维纳米二氧化硅在适当的添加量下，可以最大程度的限制聚磷酸铵的燃烧，降低其可燃性，但要注意二氧化硅的用量，过多的情况下，可能会产生不利的影响[2]。

三、一维纳米材料

一维纳米在1990年左右才被发现，进而被广泛的研究与使用。一维纳米是指纳米材料两位方向尺寸的范围之内，一维方向的尺寸较大，生成宏观的纳米材料。采用聚磷酸铵的改性材料主要是海泡石，海泡石是一种纤维的含水硅酸镁。其长度较高，面积更为广泛，高达900m2/g，有非常好的热稳定性，将酒精和阻燃剂进行混合，并将其运用到聚丙烯的阻燃处理中。在阻燃剂中加入百分之一的酒精，聚丙烯材料燃矢量会达到百分之四十左右。燃烧高达UL-94 V-0级，与加入阻燃剂的聚丙烯相比，多方面都有明显的下降。在阻燃剂中，聚磷酸铵作为主要原料，在加热过程中，使气态产物与磷和碳混合后生成其他现象，导致碳层出现膨胀，在加入海泡石后，使其性能增强，聚丙烯的碳层有较好的热稳定性，而且有效防止裂开现象，促进其热量均匀分布，延缓了燃烧速率，提高聚丙烯的阻燃性。

四、二维纳米材料

二维纳米材料是指在三维空间中一维处于纳米尺度由他们构成的基本材料，生活常见的薄膜、多层膜都是采用二维纳米材料制成。改性聚磷酸铵中，二维纳米材料的结构最为以精确，作为研究材料可膨胀石墨运用的相对较多。

可膨胀石墨主要是由碳元素构成，其结构为平面六角网式。在性能方面，其无毒，而且有较强的受热性，基本不会产生燃烧。现阶段，在各种阻燃性防火工具中都有较为广泛的使用。将膨胀石墨与聚磷酸铵进行混合，并将其应用聚乳酸阻燃处理中，其中聚磷酸铵和可膨胀石墨的配比数是三比一，其阻燃值总量在下雨百分之十五的条件下，聚乳酸材料的央企指数达到百分之三十六，燃烧值达到UL-94V-0级。阻燃聚乳酸单独添加聚磷酸铵和可膨胀石墨其增加百分之十六，与单独添加聚磷酸铵的材料相比，总热释放量下降百分之四十八，可膨胀石墨与聚磷酸铵混合与前面相比，有充足的优势，在结合过程中，可膨胀石墨分解释放出不可燃气体，可以有效稀释可燃气体。

结束语：随着科技不断的发展，现阶段，纳米材料的使用较为广泛。纳米材料必须加入相应的聚合物材料才能将阻燃性有效提升。随着纳米材料的不断研发，纳米材料对于聚磷酸铵的稳定性越来越明显，其主要是以聚磷酸铵为主，阻燃体系在不断的研究中增强，使得聚磷酸铵有较好的阻燃效率。

参考文献：

[1]李玉芳，伍小明. 环保型阻燃剂的研发新进展[J]. 国外塑料，2011，29（12）：32-36.

[2]王迪，姚泽昊，朱文利. 膨胀型阻燃剂对聚丙烯阻燃改性的研究进展[J]. 塑料科技，2017，45（12）：107-112.