纳米阻燃剂在饰面型防火涂料中的应用

纳米级三氧化二锑阻燃材料由于其粒度的变小具有特殊的延展性能，在阻燃性能方面比微米级三氧化二锑有了数量级的提高。尤其重要的是由于纳米级三氧化二锑 粒子直径小于化纤纤维的直径，有可能加入到化纤原料母粒中，这样纺丝后在化纤中均匀分布阻燃材料，从而使得纤维本身具有高效阻燃性。
3.2阻燃纳米复合材料
尽管使用超细阻燃剂能有效地提高聚合物的阻燃性能，但也存在一些问题，如不能有效控制有毒气体的释放及大量烟雾的生成，添加阻燃剂后会影响聚合物的机械 性能，还会造成一定的环境影响。因此，研究并使用聚合物/层状无机物纳米复合材料将能同时满足上述要求并具有较好的阻燃性能。纳米复合材料实际上是将材料 中的一个或多个以纳米尺寸或分子水平均匀分散在另一组分的基体中。据国外资料报道，由于这样处理后的材料存在超细的尺寸，所以其性质比其相应的宏观或微米 级复合材料均有较大的改善。目前在实验室已经制备出纳米级环氧树脂、聚苯乙烯、聚丙烯、尼龙-6、丙烯酸等复合材料。如尼龙-6/蒙脱土(4.2%)纳米 复合材料的拉伸强度比纯尼龙-6增强50%，玻璃化温度比纯尼龙-6提高约90℃；同时热释放效率也比纯尼龙-6要低得很多。
聚合物/层状无机物纳米复合材料具有比传统填充材料优异得多的力学性能、热性能、阻燃性能、各向异性等。国外已将聚合物/层状无机物纳米复合材料用于制造汽车发动机的配件，并准备应用于飞机内部材料、燃料舱、电子或电气部件、护罩内的结构部件、制动器和轮胎制造等。
4纳米阻燃剂的制备
纳米阻燃剂多是氧化物(CuO、ZnO、Fe2O3等)和复合化合物，其制备的方法多采用制备纳米粒子的液相法。通常的液相法有：直接沉淀法、溶胶-凝胶法、共沉淀法。此外，还有微波合成法、电弧法等。
4.1直接沉淀法
在金属盐溶液中加入沉淀剂，在一定条件下生成沉淀析出，将阴离子除去，沉淀经洗涤、热分解等处理可制得超细产物。选用不同的沉淀剂可得到不同的沉淀产 物，常见的沉淀剂为NH3·H2O、NaOH、(NH4)2CO3、NaCO3、(NH4)2C2O4等。如王志强等以工业氯化镁、氨水为前驱体，在水- 乙醇体系下可合成粒度为100nm～200nm氢氧化镁超细粉体。用氨水从氯化镁溶液中沉淀出Mg(OH)2，可得到高分散氢氧化镁。
4.2溶胶-凝胶法
易于水解的金属化合物(无机盐或金属醇盐)，在某种溶剂中与水发生反应，经过水解与缩聚过程逐渐凝胶化，在经过干燥烧结后处理得到所需材料。如尹荔松等 将SbCl3粉晶溶于无水乙醇中，磁力搅拌充分溶解后，往溶液中缓慢滴入去离子水，并不断搅拌即得乳胶状白色沉淀，然后用水多次倾析，并经过滤洗涤，干燥 后即得Sb2O3粉末。
4.3共沉淀法
将两种金属盐溶液按化学式计量混合，加入一定量的可溶性无机碱，如NaOH、KOH、NH3·H2O等作为沉淀剂，将所得沉淀过滤，用去离子水洗涤数次以后，将产物于高温下煅烧可得到最后产物。
如以双羟基复合金属盐氧化物(LDH)为例，称取一定量的Mg(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O溶于一定量的去离子水中配成混合盐溶 液，另称取一定量的NaOH和Na3CO3溶于一定量的去离子水中配成混合碱溶液。将两种溶液在全返混旋转液膜成核反应器中迅速混合，剧烈循环搅拌 1min，将浆液于一定温度下晶化6h，过滤、洗涤、干燥得镁铝LDH。
提要：纳米级三氧化二锑阻燃材料由于其粒度的变小具有特殊的延展性能，在阻燃性能方面比微米级三氧化二锑有了数量级的提高。聚合物/层状无机物纳米复合材料具有比传统填充材料优异得多的力学性能、热性能、阻燃性能、各向异性等。
5纳米阻燃剂对饰面型防火涂料性能的改进
5.1提高涂料的抗老化性能
纳米TiO2、SiO2、ZnO、Fe2O3等粒子添加到涂层中，能明显提高涂料的抗老化性能。不同波长的紫外光下纳米粒子抗老化机理有所不同， 如：StamatakisP.认为纳米TiO2衰减长波紫外线时，散射起主要作用：纳米TiO2衰减短波紫外线时，吸收起主要作用。而且衰减不同波长的紫 外线，纳米粒子的最佳颗粒尺寸是不同的。并据文献报道，利用Laenick，Mitton，Weber公式可计算不同波长下TiO2散射紫外光的最佳粒径 (如表1)。纳米粒子对紫外线屏蔽能力的评估方法有多种，如：紫外线透过率、吸收系数、紫外线当量衰减率以及太阳光防护效果的测定等。
5.2作为涂料的增强材料
王雪松等利用导静电纳米金属氧化物颗粒，以水为分散介质，选用不同分散助剂和研磨工艺，制备了纳米级导静电水分散浆料。陈新州利用纳米材料作增强剂，用 基料、体质颜料、助剂和去离子水研制了一种具有独特的光催化功能和自洁功能的水性复合型纳米涂料。李锡凯等选用D-M纯丙乳液，在外墙涂料加入纳米级 TiO2、SiO2等粒子，提高了涂料的抗玷污能力。黄桂平在涂料中加入纳米级材料及成膜助剂等，通过高速搅拌，制得了一种韧性、耐老化、防水等性能均有 提高的环保型外墙纳米涂料。李昌龙发明了一种水溶性环保纳米涂料，原材料主要采用了纳米材料，由纳米填料，纳米杀菌剂，纳米颜料配制而成，具有超强自洁、 防菌、可有效降解室内有害物质等功能。
5.3对饰面型防火涂料进行修饰和表面包裹改性为了使纳米材料能很好地分散在水性介质中，而且具有长期 稳定性，即在长期的贮存过程中不发生二次自聚集现象，科技工作者着手研究纳米材料的改性问题。国内外学者在纳米材料改性方面做了大量的工作，主要是加入分 散剂和表面包裹剂对其表面进行修饰改性。张超灿等采用水溶性有机硅改性纳米SiO2水溶液，在硅烷偶联剂WD-30上接枝PEG大分子链，使亲油和亲水基 团于一体，利用静电排斥和位阻效应解决了纳米SiO2的团聚现象，制成了水性纳米外墙涂料，大大提高了其耐玷污能力在纳米材料的表面包裹方面的研究 中，Ohmori等借助正硅酸乙酯水解在Fe2O3表面均匀包覆了一层SiO2，有效地抑制了纳米Fe2O3的团聚。林玉 兰等采用钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂对硅铝双层包覆后的亚微米TiO2进行了改性，使TiO2颗粒由亲水性变为疏水性。
6结论
综上所述，饰面型防火涂料在使用过程中存在着性价比、贮存性、耐水性、涂覆处理、透明度和质量方面的问题。对纳米材料进行修饰和表面包裹后作增强材料能提高涂料的抗玷污性、韧性、耐老化、防水等性能。