Application et perspective de nanotechnologie dans les matériaux ignifuges de la flamme

Application et perspective de nanotechnologie dans les matériaux ignifuges de la flamme

Actuellement, les polymères tels que les plastiques, les caoutchoucs et les fibres sont largement utilisés, mais leur inflammabilité a eu un certain impact sur leur utilisation et leur promotion. Bien que les matériaux ignifuges jouent un rôle positif dans le blocage de la combustion, le ralentissement de la propagation du feu et la lutte pour l'évasion et le temps de sauvetage dans une certaine mesure, ils sont également déficients dans les propriétés mécaniques, la rentabilité, la pollution de l'environnement, etc.

Avec l'application de nanomatériaux dans de nombreux domaines tels que la mécanique, l'électromagnétisme, la thermologie, l'optique, etc., la nanotechnologie et les nanomatériaux montrent une large perspective de développement. La recherche et le développement de matériaux ignifuges nano-flammes est propice à la surmonter et à l'amélioration des lacunes des matériaux traditionnels, ce qui implique de grands effets sociaux et des avantages économiques.

1. Introduction aux nanomatériaux

Les nanomatériaux se réfèrent aux matériaux avec une échelle nanométrique dans la structure et ses caractéristiques fonctionnelles correspondantes, 1 nanomètre est un milliardième d'un mètre et l'échelle nanométrique se réfère généralement à 1 ~ 100 nm. Lorsque la structure et la taille des particules des matériaux entrent dans la plage de l'échelle nanométrique, elles présentent une variété d'effets spéciaux, tels que l'effet de surface, l'effet de petite taille, l'effet de taille quantique et l'effet de tunneling quantique macroscopique, qui font que les matériaux montrent une variété de fonctions particulières.

Les nanomatériaux peuvent être classés en matériaux nano-métalliques, en matériaux nano-nonmétalliques, en matériaux nano-polymères et en nanomatériaux selon leurs matériaux. La combinaison de la nanotechnologie et d'une variété de matériaux modifie considérablement les caractéristiques complètes des matériaux et fournit un soutien technique puissant pour optimiser davantage la fonction des matériaux.

2. Classification et exigences des matériaux ignifuges de la flamme

Les matériaux ignifuges peuvent être divisés en types inorganiques et organiques, halogénés et sans halogène et autres. Inorganique fait principalement référence à l'hydroxyde d'aluminium, à l'hydroxyde de magnésium, au silicium, au trioxyde d'antimoine et à d'autres systèmes de matériaux ignifuges, principalement halogènes, azotés et au système à base de phosphore, qui jouent à son tour ou réaction pour former un rôle complexe additif ou réactif.

Comparativement, les matériaux ignifuges inorganiques ont des avantages de propriétés thermiques à faible coût, de bonnes propriétés thermiques, moins de gaz toxiques pendant la combustion, mais ils ont également de mauvaises propriétés mécaniques, une grande remplissage et une mauvaise compatibilité avec le substrat et d'autres défauts.

Les matériaux issus de la flamme organique ont de bonnes propriétés issues de la flamme, une bonne compatibilité avec le substrat, la petite remplissage, etc., mais a une grande quantité de fumée et de gaz toxiques pendant la combustion et d'autres défauts. Par conséquent, le développement de propriétés physiques et mécaniques à faible toxicité, sans toxicité, sans halogène et supérieures, des matériaux issus de la flamme respectueuse de l'environnement a été un sujet de recherche important, l'émergence et le développement de la nanotechnologie pour résoudre les défauts existants des matériaux ignifuges pour la flamme offrent un possible.

La recherche montre que les matériaux ignifuges nano-flammes devraient répondre aux exigences suivantes: Premièrement, les matériaux doivent répondre aux exigences de la protection de l'environnement et produire des gaz moins toxiques pendant la combustion. Deuxièmement, les matériaux doivent être caractérisés par de fortes fonctionnalités et une efficacité élevée à la flamme, et en même temps, ils devraient surmonter les défauts existants dans les propriétés mécaniques et physiques des matériaux traditionnels issus de la flamme et élargir la portée de l'application des matériaux. Troisièmement, le coût complet devrait être réduit pour améliorer la rentabilité des matériaux.

3. Types de matériaux ignifuges nano-flammes

Les matériaux ignifuges nano-flammes peuvent être obtenus en affinant les particules traditionnelles de la flamme au niveau du nanomètre et en les appliquant à des matériaux connexes. L'application de la nanotechnologie, l'acquisition de particules à l'échelle nanométrique et les multiples effets uniques de l'échelle nanométrique améliorent considérablement la compatibilité entre les retardateurs de flamme et les matériaux, réduisant la quantité d'application issue de la flamme à une certaine mesure, mais améliorent également les propriétés du retard de la flamme et améliorent le coût de l'étendue des matériaux de la flamme. À l'heure actuelle, les composites ignifuges nano-flammes couramment utilisés qui ont été développés sont à peu près les suivants.

3.1 Nanomatériaux d'argile polymère

Les matériaux ignifuges à la flamme d'argile impliquent des matières premières telles que la montmorillonite minérale en argile cationique, l'hydroxyde bimétallique en argile argile anionique et la kaolinite minérale argileuse non ionique, etc. (Pp).

Le silicate en couches de la flamme d'argile ignifuge contient une couche carbonisée, qui peut capturer certains radicaux libres à haute température, ce qui améliore la propriété issue de la flamme du matériau tout en modifiant la propriété mécanique du matériau, et évite les défauts tels que la grande quantité de fumée, corrosive et les gaz toxiques pendant la combustion avec le fait de la flamme halogénée. En cas de feu, la couche de carbonisation du silicate ralentit le taux de volatiles s'échappant du matériau pendant la combustion, ce qui fait que les nanomatériaux d'argile dans le processus de décomposition de phase condensé des volatils avec un faible débit de débordement.

3,2 Nano Magnésium Hydroxyde Flame Module ignifuge

Les matériaux issus de la flamme à l'hydroxyde de magnésium à l'échelle nanométrique, le retard de flamme, la génération de fumée et la compatibilité avec le substrat et d'autres propriétés sont meilleurs que les propriétés correspondantes des matériaux de la flamme d'hydroxyde de magnésium de taille micron. Sous une certaine posologie, le corps d'alorsation à la flamme d'hydroxyde de magnésium à l'échelle nanométrique peut atteindre le niveau V-0 standard UL94.

Les avantages de l'hydroxyde de métal lui-même sont évidents, la clé consiste à ajouter une quantité relativement importante, généralement plus de 60%, et un volume de remplissage élevé sur les propriétés physiques et mécaniques des matériaux issus de la flamme a un impact plus important, et la nanotechnologie est juste une bonne solution à la dispersion et à la compatibilité entre le retard de la flé Matériaux ignifuges et ignifuges après les propriétés ignifuges. Les matériaux issus de la flamme d'hydroxyde de nano-magnésium ont une large gamme d'excellentes propriétés telles que non halogène, de la fumée basse, non toxique, non passante, résistante à l'acide, une bonne stabilité, une température de décomposition élevée, un équipement non corrosif, etc., qui a une large perspective d'application.

3.3 Nanocomposites de carbonate de calcium

Avec la nanopourdise de carbonate de calcium enrobée de stanne en zinc et appliqué au chlorure de polyvinyle (PVC), la taille des particules de produit de 40 à 60 nm est obtenue, ce qui réduit la quantité de plastifiant en PVC et améliore les performances de traitement du produit, couplé avec la teneur élevée en chlore et la LOI (LOICE RIGID Des composites ignifuges sont obtenus.

Les nanoparticules de carbonate de calcium traitées à l'acide méthacrylique / polystyrène (PS) composées in situ ont également une taille de particules de 100 nm ou moins, et ont également de bonnes propriétés ignifuges. En outre, il peut également être appliqué aux acides gras, l'agent de couplage du titanate et le carbonate de nano-calcium après un traitement de surface pour obtenir des composites en polypropylène / nano-calcium, après expérimentation et application, pour maintenir une meilleure propriété d'atteinte à la flamme sur la base des propriétés mécaniques du matériau a été considérablement améliorée, la résistance à l'impact du matériau a également été améliorée.

3,4 Matériaux ignifuges à la flamme d'oxyde d'antimoine à l'échelle nanométrique

Les matériaux en PVC d'oxyde d'oxyde d'antimoine à l'échelle nanométrique ont des propriétés à haute flamme, de faible fumée, ses performances sont meilleures que les performances correspondantes des matériaux PVC traditionnels et conviennent à une utilisation dans les textiles. Les particules d'oxyde d'antimoine nano-échelle sont utilisées en petites quantités et ne bloqueront pas les trous de spinneret de la machine, ce qui rend les textiles ignifuges.

De plus, le matériau d'oxyde d'antimoine à l'échelle nanométrique a une grande surface spécifique, la performance de pénétration de certains textiles est bonne, a une forte adhésion, le matériau textile qui en résulte a également une bonne solidité pour le lavage, pas facile à fondre. Les nanoparticules d'oxyde d'antimoine ont les avantages d'un faible coût, de petite taille moyenne des particules, de dispersion uniforme dans les matériaux en polyester et d'une bonne compatibilité.

3.5 EVA / Nanocomposites de silice

Les polymères nanomodifiés de silice ont acquis une large application en raison du fait que les nanocomposites obtenus après nanosization et modification présentent une variété d'avantages tels que le poids léger, la haute résistance et la forte ténacité.

La couche de nano-remplaçant dans EVA - des nanocomposites de type forment une couche d'isolement à l'extérieur de la couche de polymère interne, qui renforce le processus de charbon, prolonge le processus de dégradation du matériau, produit un taux de libération de chauffage de pointe très faible tel que mesuré par un calorimètre conique et améliore considérablement les properties de la flamme par les flammes comparées à des matériaux de rétrométrie de flamme traditionnels.

En termes de propriétés mécaniques, il est montré que la fraction de remplissage de volume dans les composites EVA / silice est de 4%, le matériau composite a la résistance à la traction la plus élevée, qui est à peu près deux fois de celle de la matrice, qui révèle également pleinement le rôle important de la nanotechnologie dans l'amélioration des propriétés physiques et mécaniques des composites.

4. Progrès dans le processus de préparation des matériaux ignifuges nano-flammes

Les méthodes de préparation des nanomatériaux sont principalement les suivantes:

① Méthode sol-gel. La méthode sol-gel est une méthode de préparation plus courante pour préparer des nanomatériaux. Le processus est: dissoudre les oxydes métalliques ou les sels métalliques dans l'eau, par la réaction d'hydrolyse, la formation de particules nanométriques de type Sol, puis évaporer le solvant, après quoi un objet gel se forme. Il en résulte la formation de polymères organiques et de molécules inorganiques interpénétrées avec une structure ordonnée multicouche de matériaux issus de flammes. La méthode de réaction chimique est des composants légers et inorganiques et les composants organiques sont mélangés les uns avec les autres, et la structure est proche, mais il y a aussi des lacunes telles que le rétrécissement facile du matériau et la fragilité lors du séchage du gel.

② Méthode de co-précipitation. La méthode de co-précipitation fait référence à la formation antérieure de nanoparticules inorganiques et de polymères organiques mélangés à la méthode de précipitation pour former des matériaux ignifuges. Dans cette méthode, les nanoparticules et la synthèse des matériaux sont produites séparément, la taille et la structure des nanoparticules peuvent être bien contrôlées, tandis que les nanoparticules sont uniformément distribuées dans le polymère, avec de bonnes performances complètes. Cependant, les nanoparticules sont faciles à agglomérer dans cette méthode, et la dispersion uniformément des nanoparticules est le plus gros problème. La méthode de co-précipitation peut être divisée en méthode de co-précipitation de solution, méthode de co-précipitation d'émulsion et méthode de co-précipitation de fonte et d'autres façons.

③ Méthode d'interpolation. Le processus de méthode d'intercalation consiste à faire des nanoparticules en couches, puis à insérer dans la couche de polymère organique, ce qui a entraîné les deux pour atteindre un composite à l'échelle nanométrique. Il existe différents types de ces méthodes telles que la méthode d'intercalation de polymérisation, la méthode d'intercalation fondu et la méthode d'intercalation de la solution.

④ Méthode de copolymérisation in situ. La méthode de copolymérisation in situ se réfère à la dispersion uniforme des nanoparticules en solution, puis à l'aide de chauffage, de rayonnement et d'autres moyens, de sorte que la polymérisation du polymère et des nanoparticules et une série d'autres réactions, et finalement obtiennent la dispersion nanométrique de matériaux rétabli. Les matériaux ignifuges obtenus par cette méthode présentent les avantages de bonnes caractéristiques des nanoparticules de particules et une faible barrière d'entropie d'entrée entre les couches. La méthode d'auto-assemblage in situ se réfère à l'utilisation de molécules de polymère et de nanoparticules entre la force intermoléculaire, la force électrostatique intercouche, etc., auto-assemblage in situ, la génération de noyaux cristallins principaux inorganiques, et enfin le polymère sera généré par le cristal principal entourant. Cette méthode de synthèse des nanocomplexes bis-hydroxy est plus favorable et la nanophase peut être distribuée de manière ordonnée.

5. Perspective de matériaux ignifuges nano-flammes

Dans le domaine des retardateurs de flamme, les retardateurs de flamme additive inorganiques ont la première application et le plus grand montant. Tels que le système d'antimoine, le système en aluminium, le système de phosphore, les retardateurs de flamme du système de bore, etc. Cependant, à l'heure actuelle, il y a principalement des problèmes tels qu'une mauvaise compatibilité des retardateurs de flamme et des matériaux de base et un impact important sur les propriétés physiques et mécaniques. La recherche montre que l'utilisation de la nanotechnologie peut améliorer le retard des flammes et les propriétés mécaniques des produits en plastique, renforcer le retard de la flamme et la capacité antistatique des produits de fibres, renforcer le retard de flamme des produits en caoutchouc et réduire la libération de gaz toxiques et la quantité de fumée pendant la combustion. Les matériaux ignifuges nano-flammes peuvent considérablement améliorer les performances complètes des matériaux ignifuges inorganiques avec l'aide de la nanotechnologie sur la base des avantages des matériaux ignifuges inorganiques tels que faible halogène ou non halogène, faible fumée et faible corrosion.

De plus, les matériaux ignifuges nano-flammes seront également développés en termes d'amélioration de la stabilité thermique des matériaux, réduisant l'agglomération des matériaux utilisés, améliorant l'optimisation du dosage, la taille des particules, la structure lamellaire et la composition entre les retardataires de flamme et les matériaux, l'optimisation du stockage et la transport des matériaux et le processus d'ajouter, d'améliorer l'effet Flame-Flame-Freat, et la procédure de la procédure, d'ajouter, d'améliorer l'effet Flame-Flame - Flame-Freat of the Materials et Process the multifonctionnalité des matériaux, etc. Le renforcement de la recherche dans la microstructure et le mécanisme de formation des matériaux composites ignifuges nano-flammes, les détails du mécanisme ignifuge des flammes des matériaux et autres théories de base, et accélèrent en continu le développement de l'activité des matériaux ignifuges nano-flammes dans le lever du soleil.

En résumé, les matériaux issus de nano-flammes ont de bonnes performances issues de la flamme, un bon effet de protection de l'environnement et des gaz moins toxiques libérés pendant la combustion, moins de posologie de remplissage et les produits ont tendance à être des caractéristiques de développement multi-fonctionnaires, qui peuvent être largement utilisées dans l'automobile, l'aviation, les appareils électroniques de maisons et d'autres industries, et qui a beaucoup d'espace pour le développement.

Cependant, le développement de matériaux issus de nano-flammes, il y a encore de nombreux problèmes pratiques qui doivent être résolus, tels que le contrôle de la morphologie des nanoparticules, le processus de distribution des nanoparticules et l'unité de multifonctionnalisation. On pense qu'avec les progrès continus de la science des matériaux polymères et de la technologie d'ingénierie, et avec l'émergence, l'application et le développement rapide de la nanotechnologie, la recherche sur les matériaux ignifuges nano-flammes fera certainement de grands progrès et fournira une garantie solide et une garantie technologique pour la meilleure protection de la vie et des propriétés des gens.