Anwendung und Aussicht auf Nanotechnologie in flammhemmenden Materialien

Anwendung und Aussicht auf Nanotechnologie in flammhemmenden Materialien

Derzeit sind Polymere wie Kunststoffe, Gummi und Fasern weit verbreitet, aber ihre Entflammbarkeit hat einen gewissen Einfluss auf ihre Verwendung und Werbung verursacht. Obwohl flammhemmende Materialien eine positive Rolle bei der Blockierung der Verbrennung, der Verlangsamung der Brandverbreitung und der Kämpfung für die Flucht- und Rettungszeit spielen, haben sie auch mechanische Eigenschaften, Kosteneffizienz, Umweltverschmutzung usw.

Mit der Anwendung von Nanomaterialien in vielen Bereichen wie Mechanik, Elektromagnetismus, Thermologie, Optik usw. zeigen die Nanotechnologie und Nanomaterialien eine breite Aussicht auf die Entwicklung. Die Forschung und Entwicklung von Nano-Flammen-Repräsentantenmaterialien ist der Überwindung und Verbesserung der Mängel traditioneller Materialien, was große soziale Auswirkungen und wirtschaftliche Vorteile impliziert.

1. Einführung in Nanomaterialien

Nanomaterialien bezieht sich auf Materialien mit Nanometer -Skala in der Struktur und ihren entsprechenden funktionellen Eigenschaften, 1 Nanometer beträgt eine Milliardenstel eines Messgeräts und die Nanometer -Skala bezieht sich im Allgemeinen auf 1 ~ 100 nm. Wenn die Struktur und die Partikelgröße der Materialien in den Bereich der Nanometerskala eintreten, zeigen sie eine Vielzahl von Spezialeffekten, wie z. B. Oberflächeneffekt, Kleingrößeneffekt, quantengroße Effekt und makroskopischer Quantentunnelungseffekt, wodurch die Materialien eine Vielzahl von besonderen Funktionen zeigen.

Nanomaterialien können nach ihren Materialien in nano-metallische Materialien, nano-nonmetallische Materialien, Nano-Polymermaterialien und Nanomaterialien eingeteilt werden. Die Kombination aus Nanotechnologie und einer Vielzahl von Materialien verändert die umfassenden Merkmale von Materialien erheblich und bietet leistungsstarke technische Unterstützung, um die Funktion von Materialien weiter zu optimieren.

2. Klassifizierung und Anforderungen von flammhemmenden Materialien

Flammhemmende Materialien können in anorganische und organische, halogenierte und halogenfreie und andere Typen unterteilt werden. Anorganic bezieht sich hauptsächlich auf Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Silizium, Antimon-Trioxid und andere flammretardante Materialsysteme, organisch hauptsächlich Halogen, Stickstoff und Phosphor-basierte System, das durch Verbesserung oder Reaktion eine Additiv- oder reaktive Kompositionsmaterialien bildet.

Vergleichsweise haben anorganische Flammschutzmittel die Vorteile von geringen Kosten, gute thermische Eigenschaften, weniger toxische Gase während der Verbrennung, aber sie haben auch schlechte mechanische Eigenschaften, einen großen Füllstoff und eine schlechte Kompatibilität mit dem Substrat und anderen Defekten.

Organische Flammschutzmaterialien haben gute flammhemmende Eigenschaften, eine gute Kompatibilität mit dem Substrat, dem kleinen Füllstoff usw., haben jedoch eine große Menge an Rauch und giftigen Gasen während der Verbrennung und anderen Defekten. Daher war die Entwicklung von niedrigem Rauch, niedrigtarogener, halogenfreier, überlegener physikalischer und mechanischer Eigenschaften von umweltfreundlichen flammhemmenden Materialien ein wichtiges Forschungsthema. Die Entstehung und Entwicklung der Nanotechnologie zur Lösung der vorhandenen Defekte der Flammschutzmittel liefert möglich.

Untersuchungen zeigen, dass Nano-Flame-Reparaturmaterialien die folgenden Anforderungen erfüllen sollten: Erstens sollten die Materialien die Anforderungen des Umweltschutzes erfüllen und während der Verbrennung weniger toxische Gase erzeugen. Zweitens sollten die Materialien durch starke Funktionalität und hohe Flammwirkungsmitteleffizienz gekennzeichnet sein, und gleichzeitig sollten sie die vorhandenen Defekte in den mechanischen und physikalischen Eigenschaften der traditionellen Flammschutzmittelmaterialien überwinden und den Anwendungsbereich der Materialien erweitern. Drittens sollten die umfassenden Kosten gesenkt werden, um die Kosteneffizienz der Materialien zu verbessern.

3. Arten von Nano-Flammen-Repräsentantenmaterialien

Nano -Flammschutzmittel können erhalten werden, indem traditionelle Flammhemmungspartikel auf Nanometerebene verfeinert und auf verwandte Materialien angewendet werden. Die Anwendung der Nanotechnologie, die Erfassung von nanoskaligen Partikeln und die einzigartigen Mehrfacheffekte von Nanoskala verbessern die Kompatibilität zwischen Flammschutzmitteln und Materialien erheblich, wodurch die Menge der Flammschutzanwendung in gewissem Maße verringert, aber auch die Flammschutzmittel verbessert und die Kostenwirksamkeit von Flammen-Rentant-Materialien verbessert. Gegenwärtig sind die häufig verwendeten Nano-Flame-Retardanten-Verbundwerkstoffe, die entwickelt wurden, grob wie folgt.

3.1 Polymer -Tonnanomaterialien

Clay nano flame retardant materials involve raw materials such as cationic clay mineral montmorillonite, anionic clay mineral layered bimetallic hydroxide, and nonionic clay mineral kaolinite, etc., which are modified with the help of intercalation method to obtain composite flame retardant materials that are effective for polymethylmethacrylate (PMMA) and polypropylene (PP).

Das geschichtete Silikat aus Tonflammschutzmittel enthält eine karbonisierte Schicht, die einige freie Radikale bei hoher Temperatur erfassen kann, wodurch die flammhemmende Eigenschaft des Materials verbessert wird und gleichzeitig die mechanische Eigenschaft des Materials ändert, und vermeidet die Defekte wie eine große Menge an Rauch, korrosive und giftige Gase während der Verbrennung von Hallogen -Flammen -Remulnern. Bei Brand verlangsamt die Silikatkarbonisierungsschicht die Geschwindigkeit der flüchtigen, die während der Verbrennung aus dem Material entkommt, wodurch die Tonnanomaterialien im kondensierten Phasenabzersetzungsprozess von flüchtigen Überlaufrate mit geringer Überlaufrate hergestellt werden.

3.2 Nano -Magnesiumhydroxid -Flammschutzmaterialien

Nanoskalige Magnesiumhydroxid-Flammschutzmaterialien, Flammschutzmittel, Raucherzeugung und Kompatibilität mit dem Substrat und anderen Eigenschaften sind besser als die entsprechenden Eigenschaften von Magnesiumhydroxid-Flammschutzmaterialien von Mikrometergröße. Unter einer bestimmten Dosierung kann der nanoskalige Magnesiumhydroxid-Flammschutzkörper den UL94-Standard-V-0-Niveau erreichen.

The advantages of metal hydroxide itself is obvious, the key is to add a relatively large amount, usually more than 60%, and high filler volume on the physical and mechanical properties of flame retardant materials have a greater impact, and nanotechnology is just a good solution to the dispersion and compatibility between the flame retardant and the matrix, the combination of the two technologies has greatly enhanced the application of magnesium hydroxide flame Reparatur- und Flammschutzmaterialien nach den Flammschutzeigenschaften. Nano-Magnesium-Hydroxid-Flammschutzmaterialien weisen eine breite Palette hervorragender Eigenschaften wie Nicht-Halogen, niedriger Rauch, ungiftiger, nicht-dripender, säureresistenter, guter Stabilität, hoher Zersetzungstemperatur, nicht korroverem Geräte usw. auf, die eine breite Anwendungsaussicht haben.

3.3 Calciumcarbonat -Nanokompositen

Mit Zink -Stannes -Calciumcarbonat -Nanopuloder und auf Polyvinylchlorid (PVC) wird die Produktpartikelgröße von 40 ~ 60 nm erhalten, wodurch die Menge an Weichmachern in PVC reduziert wird und die Verarbeitungsleistung des Produkts verbessert. Flammenretardante Verbundwerkstoffe werden erhalten.

Die mit Methacrylsäure behandelten Calciumcarbonat-Nanopartikel/Polystyrol (PS) in-situ-Verbundwerkstoffen haben ebenfalls eine Partikelgröße von 100 nm oder weniger und haben auch gute flammhemmende Eigenschaften. Darüber hinaus kann auch auf Fettsäuren, Titanatkupplungsmittel und Nanokalcium-Carbonat nach der Oberflächenbehandlung angewendet werden, um nach Experimenten und Anwendung eine bessere Flammhemmung zu erhalten, um die Eigenschaften der mechanischen Eigenschaften zu verbessern.

3.4 nanoskalige Antimonoxidflammes -Reparaturmaterialien

Nanoskalige Antimonoxid -Flammhemmungsmittel -PVC -Materialien haben hohe Flammhemmungseigenschaften, einen niedrigen Rauch, seine Leistung ist besser als die entsprechende Leistung herkömmlicher PVC -Materialien und für die Verwendung in Textilien geeignet. Antimon-Oxid-Partikel im Maßstab im Bereich im Nanokassen werden in kleinen Mengen verwendet und blockieren die Spinnerlöcher der Maschine nicht so, wodurch die Textilien flammhemmend sind.

Darüber hinaus weist das nanoskalige Antimonoxidmaterial eine große spezifische Oberfläche auf, die Penetrationsleistung einiger Textilien ist gut, eine starke Haftung, das resultierende Textilmaterial hat auch eine gute Faste zum Waschen, nicht leicht zu verblassen. Antimonoxid -Nanopartikel haben die Vorteile von geringen Kosten, kleiner durchschnittlicher Partikelgröße, gleichmäßiger Dispersion in Polyestermaterialien und guter Verträglichkeit.

3.5 EVA/Silica -Nanokompositen

Nanomodifizierte Silica -Polymere haben eine breite Anwendung erhalten, da die nach Nanose und Modifikation erhaltenen Nanokompositen eine Vielzahl von Vorteilen wie leichtes Gewicht, hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit haben.

Die Nano-Filler-Schicht in EVA-Typ Nanokompositen bildet eine Isolationsschicht außerhalb der inneren Polymerschicht, die den Verkohlungsprozess verstärkt, verlängert den Abbauprozess des Materials, erzeugt eine sehr niedrige Wärmefreisetzungsrate, gemessen durch konische Kalorimeter, und verbessert die Flamme-Retards im Vergleich zu traditionellen Flammenmaterialien.

In Bezug auf die mechanischen Eigenschaften wird gezeigt, dass der Volumenfüllanteil in EVA/Silica -Verbundwerkstoffen 4%beträgt. Das Verbundmaterial hat die höchste Zugfestigkeit, die etwa doppelt so hoch ist wie die der Matrix, die auch die wichtige Rolle der Nanotechnologie bei der Verbesserung der physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Composite -Eigenschaften aufweist.

V.

Die Vorbereitungsmethoden von Nanomaterialien sind hauptsächlich wie folgt:

① Sol-Gel-Methode. Die Sol-Gel-Methode ist eine häufigere Vorbereitungsmethode zur Herstellung von Nanomaterialien. Das Verfahren ist: Auflösen von Metalloxiden oder Metallsalzen in Wasser, durch die Hydrolysereaktion, die Bildung von Sol-ähnlichen nanoskaligen Partikeln und dann das Lösungsmittel verdampft, woraufhin ein Gelobjekt gebildet wird. Dies führt zur Bildung von organischen Polymeren und anorganischen Molekülen, die mit einer mehrschichtig geordneten Struktur von Flammhemmungsmaterialien eingeführt wurden. Die Methode der chemischen Reaktion ist mild, anorganische Komponenten und organische Komponenten werden miteinander gemischt, und die Struktur ist in der Nähe, aber es gibt auch Mängel wie einfaches Material Schrumpfung und Sprödigkeit beim Tretieren.

② CO-Präzipitationsmethode. Die Kospezifitationsmethode bezieht sich auf die vorherige Bildung anorganischer Nanopartikel und organischer Polymere, gemischt mit der Niederschlagsmethode zur Bildung flammhemmender Materialien. Bei dieser Methode werden Nanopartikel und Materialsynthese getrennt erzeugt, die Größe und Struktur von Nanopartikeln können gut kontrolliert werden, während Nanopartikel im Polymer gleichmäßig verteilt sind, mit einer guten umfassenden Leistung. Die Nanopartikel sind jedoch in dieser Methode leicht zu agglomerieren, und die gleichmäßig verteilt die Nanopartikel ist das größte Problem. Die Kospezifikationsmethode kann in die Lösungs-Kospezifitationsmethode, die Emulsions-Kospezifitationsmethode und die Schmelzkosprevitationsmethode und andere Möglichkeiten unterteilt werden.

③ Interpolationsmethode. Der Prozess der Interkalationsmethode besteht darin, Nanopartikel in Schichten zu machen und dann in die organische Polymerschicht einzulegen, was dazu führt, dass die beiden nanoskalige Verbundstoff erzielen. Es gibt verschiedene Arten dieser Methoden, wie die Polymerisations -Interkalationsmethode, die Schmelzinterkalationsmethode und die Lösungs -Interkalationsmethode.

④ In-situ-Copolymerisationsmethode. Die In-situ-Copolymerisationsmethode bezieht sich auf die gleichmäßige Dispersion von Nanopartikeln in Lösung und dann mit Hilfe von Heizung, Strahlung und anderen Mitteln, sodass die Polymer- und Nanopartikelpolymerisation und eine Reihe anderer Reaktionen schließlich die Nanoskala-Dispersion von Flame-Referenzmaterialien erhalten. Die nach dieser Methode erhaltenen flammhemmenden Materialien haben die Vorteile von guten Partikel-Nanopartikel-Eigenschaften und einer niedrigen Enthalpie-Entropie-Barriere zwischen Schichten.⑤ In-situ-Selbstorganisationsmethode. Die In-situ-Selbstorganisationsmethode bezieht sich auf die Verwendung von Polymermolekülen und Nanopartikeln zwischen der intermolekularen Kraft, der elektrostatischen Kraft zwischen Schichten usw., der Selbstorganisation der In-situ-Selbstorganisation, der Erzeugung anorganischer Hauptkristallkerne und schließlich wird das Polymer durch den kristallgebundenen umgebenden Kristall generiert. Diese Methode zur Synthese von Bishydroxy-Nanokomplexen ist günstiger und die Nanophase kann geordnet verteilt werden.

5. Aussicht auf Nano-Flame-Repräsentantenmaterialien

Im Bereich der Flammschutzmittel haben anorganische additive Flammschutzmittel die früheste Anwendung und die größte Menge. Wie Antimon -System, Aluminiumsystem, Phosphorsystem, Borsystem Flammschutzmittel usw. Gegenwärtig gibt es jedoch hauptsächlich Probleme wie eine schlechte Kompatibilität von Flammschutzmitteln und Grundmaterialien und große Auswirkungen auf die physikalischen und mechanischen Eigenschaften. Untersuchungen zeigen, dass die Verwendung von Nanotechnologie die Flammverzögerung und die mechanischen Eigenschaften von Kunststoffprodukten verbessern, die Flammdarnung und die antistatische Fähigkeit von Faserprodukten stärken, die Flamme -Verzögerung von Gummiprodukten stärken und die Freisetzung von toxischen Gasen und die Menge an Rauch während der Verbrennung verringern können. Nano-Flame-Retardant-Materialien können die umfassende Leistung anorganischer flammeinspannender Materialien mithilfe der Nanotechnologie aufgrund der Vorteile anorganischer flammeintretender Materialien wie niedriger Halogen oder Nicht-Halogen, niedriger Rauch und niedriger Korrosion erheblich verbessern.

Darüber hinaus werden Nano-Flame-Retardant-Materialien weiterentwickelt, um die thermische Stabilität der Materialien zu verbessern, die Agglomeration der verwendeten Materialien zu verringern, die Optimierung der Dosierung, der Partikelgröße, der Lamellenstruktur und der Verbundung zwischen den Flammschutzmitteln und der Optimierung der Lagerung und dem Transport der Materialien und des Förderung des Materials und des Förderung des Materials und des Verstärkungsverbots und des Verstärkungsverbots und des Verstärkungsverfahrens und des Verstärkers der Materials und des Verschlusses des Materials und der Verstärkung des Materials und des Verschlussens der Materials und des Verschlusses des Verschlusses des Materials und des Verschlechterung des Materials und des Verschlechterungsverfahrens und des Verstärkungsverfahrens und des Verstärkungsverfahrens der Materials. Multifunktionalität der Materialien und so weiter. Die Stärkung der Forschung im Mikrostruktur- und Bildungsmechanismus von nanoflammenrahmen zusammengesetzten Materialien, Details des flammretardanten Mechanismus von Materialien und anderen grundlegenden Theorien und kontinuierlich beschleunigen die Entwicklung von Nano-Flame-Rettungsmaterialien in der Sonnenaufgang, die für die sanfte Realisierung und die Expansion der industrialisierungsbezogenen Produkte leiten.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Nano-Flame-Repräsentantenmaterialien eine gute Flammschutzleistung, einen guten Umweltschutz-Effekt und weniger toxische Gase haben, die während der Verbrennung freigesetzt werden, weniger Fülldosis, und die Produkte sind in der Regel multifunktionale Entwicklungseigenschaften, die in der Automobile, die Luftfahrt, die elektronischen Hausgeräte und andere Branchen häufig verwendet werden können.

Durch die Entwicklung von Nano-Flammen-Repräsentantenmaterialien müssen jedoch immer noch viele praktische Probleme gelöst werden, wie die Kontrolle der Nanopartikelmorphologie, der Nanopartikelverteilungsprozess und der Einheit der Multifunktionalisierung. Es wird angenommen, dass mit dem kontinuierlichen Fortschritt der Polymermaterialienwissenschaft und der Ingenieurtechnologie sowie der Entstehung, Anwendung und raschen Entwicklung der Nanotechnologie die Forschung zu Nano-Flame-Retardant-Materialien sicherlich große Fortschritte erzielen und eine solide materielle und technologische Garantie für den besseren Schutz der Menschen und Eigenschaften der Menschen liefern wird.