近年来，由高分子材料引发的重大火灾呈上升趋势，人们越来越关注高分子材料的阻燃性。但目前大多数阻燃聚合物主要是通过添加含卤阻燃剂来实现的，燃烧时会产生大量的烟雾和有毒、有害、腐蚀性气体，造成“次生灾害”。因此，研究高分子材料的低烟无卤阻燃对于减少火灾和火灾造成的生命财产损失具有重要意义。其中，使用清洁高效的无机阻燃剂是提高材料阻燃性能的重要途径。

Sb2O3是一种添加型阻燃剂，主要用于塑料制品(PVC、聚烯烃、聚酯)和纺织织物的阻燃，以及帆布、纸张、油漆、涂料、石油化工催化剂、合成纤维等的阻燃剂。还可用作橡胶和技术材料的阻燃剂，搪瓷工业的覆盖剂，电子工业的材料等。作为阻燃添加剂，Sb2O3的粒径和形貌对合成材料的性能和阻燃效果有很大影响。粒度是Sb2O3产品的重要指标。合成化纤和纺织产品的阻燃处理，往往要求Sb2O3的粒径在纳米范围内，达到同样的阻燃效果，Sb2O3用量越小，不会堵塞喷丝孔，这是阻燃纺织品的关键。

然而，目前使用的无机阻燃剂颗粒普遍在微米级以上，阻燃剂填充量大，阻燃效率低，导致加工工艺和产品性能存在严重问题。纳米阻燃剂是由粒径为L ~ 100 nm的超微阻燃剂粒子聚集而成的块状、薄膜状、多层膜状和纤维状。通过对传统无机阻燃材料进行超细化，利用纳米粒子本身的量子尺寸效应、小尺寸效应和表面效应，增强界面效应，提高无机物与聚合物基体的相容性，达到降低用量、提高阻燃性的目的。纳米技术在传统阻燃材料中的应用为阻燃技术开辟了新的领域，纳米无机阻燃复合材料为阻燃高分子材料的发展提供了全新的途径。它的出现将导致无机阻燃剂行业的历史性变革。

一、纳米无机阻燃剂的合成方法

目前开发的纳米无机阻燃剂有纳米三氧化二锑阻燃剂、纳米氢氧化铝阻燃剂、纳米氢氧化镁阻燃剂、纳米层状双氢氧化物阻燃剂、纳米五氧化二锑阻燃剂、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛、纳米氧化锌等。但是，纳米碳酸钙、纳米二氧化钛、纳米氧化锌等。具有低阻燃性，并且它们通常仅用作填料。纳米五氧化二锑阻燃剂使用较少，主要是超细三氧化二锑、纳米氢氧化铝、纳米氢氧化镁和纳米层状化合物。

(1)纳米三氧化二锑

纳米Sb2O3颗粒为倾斜的长方体，与其他阻燃剂和抑烟剂配合使用时能产生协同效应。其合成方法包括:(1)将三氯化锑粉末晶体在浓盐酸中沉淀形成纳米颗粒；(2)低压蒸发，将Sb2O3粉末放入密封的加热容器中压实，抽真空空，保持真空度为30Pa，升温至610-630℃，得到Sb2O3超细粉末，可用于合成粒径为43.3nm的纳米三氧化二锑；；(3)烟火生产工艺:精炼锑在高温下熔化成锑液，锑液与空气体中的氧气接触，锑被氧化成Sb2O3而挥发。通过控制结晶和冷却条件，可以得到不同粒径的Sb2O3白色粉末，并通过该方法可以合成粒径可控的纳米粒子。(4)电弧法利用电能在锑金属电极和碳电极之间产生电弧放电。高温下可以产生Sb2O3蒸汽，然后蒸汽凝结成细小颗粒，再被捕获得到0.01um以下的胶体细粉，然而这种方法很难合成纳米级的产品。(5)等离子体法利用锑矿在高频等离子体反应器中反应，能有效抑制铅等金属氧化物的生成，并能通过等离子体激发和电离汽化的三氧化二锑，形成大量活性基团，降低高价锑的含量，从而获得高纯度的Sb2O3；纳米Sb2O3—SiO2复合阻燃剂也可用共沉淀法制备。

二、纳米无机阻燃剂的应用

纳米无机阻燃复合材料是指一种材料中的一种或多种无机阻燃组分以纳米尺寸或分子水平均匀分散在另一种组分的基体中。由于其超细的尺寸，各种类型的纳米无机阻燃复合材料的性能相比其相应的宏观或微观尺度的复合材料有很大的提高。与原母体聚合物相比，纳米无机阻燃复合材料的性能有以下几个方面的提高:一是力学性能和热性能提高，弯曲模量(刚性)提高1.5 ~ 2倍，摩擦磨损性能提高，耐热性大大提高，热变形温度提高几十度，热膨胀系数降低到原来的一半；二是赋予复合材料功能性，使材料具有阻隔性和阻燃性，提高材料的透明性、颜料着色性、导电性和磁性。此外，可以提高材料的尺寸稳定性。特别是聚合物/阻燃纳米材料将成为新一代的阻燃高分子材料。纳米阻燃聚合物结合了有机聚合物柔韧性好、密度低、易加工等优点和无机填料强度高、硬度大、耐热性好、不易变形等优点，显示出强大的生命力。制备方法主要有:超细颗粒的直接分散，包括乳液共混、溶液共混、机械共混、熔融共混等。分子重组法；模板合成法；插层复合方法包括单体插层聚合、聚合物溶液插层和聚合物直接熔融插层；原位复合方法，包括原位聚合和原位填料形成等。目前合成的纳米复合阻燃材料主要有以下几种。

(1)聚合物/三氧化锑纳米复合材料

通过将聚乙烯树脂、阻燃剂等原料按比例混合(阻燃LDPE 90份、十溴二苯醚12份、纳米sb2o 3 6份)，在相应的加工温度下加工，纳米Sb2O3/PE阻燃聚合物的氧指数为24.1。在ABS塑料中添加5%的纳米Sb2O3，Sb2O3/ABS纳米阻燃聚合物的氧指数为19.3；添加10%纳米Sb2O3制备的Sb2O3/ABS纳米阻燃聚合物的氧指数为20.9。将90份阻燃ABS树脂、10份十溴二苯醚和5份纳米Sb2O3混合，在相应的加工温度下加工，Sb2O3/ABS纳米阻燃聚合物的氧指数为25.5。Cunnionl等人使用纳米尺寸的三氧化二锑来阻燃丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物(ABS)。所得材料的冲击强度没有变化，微小的纳米粒子折射率小，对光的透射几乎没有影响。将100份PVC、50份DOP、8份氯化石蜡、1.2份硬脂酸铅、1.5份硬脂酸钡和3份纳米Sb2O3阻燃剂混合，可得到氧指数为30的纳米Sb2O3/PVC阻燃聚合物。此外，Sb2O3与ZnO、TiO2等具有良好的协同阻燃效果。

(2)聚合物/氢氧化铝纳米复合材料

一般来说，氢氧化铝适用于加工温度较低的树脂，如PP、PVC、软质聚氨酯泡沫、环氧树脂、不饱和聚酯、丙烯酸树脂等。因为它的有效使用温度范围低。讨论了2001年氢氧化铝复合阻燃剂在PVC电缆料中的应用效果。讨论了阻燃剂含量对材料阻燃性能和力学性能的影响。指出通过添加氢氧化铝阻燃剂，其阻燃性能可达到阻燃材料的V-0级，且力学性能基本不下降。然而，到目前为止，用超细氢氧化铝作为乙丙橡胶的阻燃剂，体系的OI值可以达到38以上，力学性能也有所提高。纳米Sb2O3-Al (OH) 3复合阻燃剂可通过单组分沉淀法、醇盐水解法和共沉淀法制备。Sb2O3和al(OH)3可以互补:Sb2O3的优点是用量少，对树脂本身的物理机械性能影响小，但燃烧时会产生黑烟，且价格昂贵；氢氧化铝具有无腐蚀性气体、低烟、价格低廉等优点。但其缺点是Al (OH) 3的加入对产品的力学性能影响较大。但两者在气相和固相都起到阻燃作用，所以有真正的协同效应。

三。纳米无机阻燃剂Sb2O3的阻燃机理

纳米阻燃剂的阻燃机理可以概括如下:

(a)热传导和热辐射或壁效应

纳米Sb2O3，在燃烧初期，先熔化，在材料表面形成致密的保护膜，隔绝空气体，从而起到阻燃作用。

(2)促进不可燃化合物的形成

在高温下，阻燃剂与可燃物的反应可导致碳的形成，碳对空气体和可燃物的热分解起阻碍作用。纳米阻燃剂的高分散性可以充分促进炭的形成，而纳米颗粒充分分散在炭化层中起到骨架的作用，使炭化层具有良好的刚性和强度，可以抵抗火灾中烟气流动产生的气流。超细Sb2O3通过均匀分散在高分子材料中，可以在阻燃过程中有效生成致密的SbC。而且氢氧化铝、氢氧化镁、层状双氢氧化物或硅酸盐等阻燃剂在高温下能与聚合物反应，分解比重比较大的不可燃气体(如CO2)，产生物理覆盖作用，隔绝空气体，从而达到灭火效果。

(3)自由基在气相中的捕集

Sb2O3采用凝聚相阻燃剂，减少链式反应自由基OH达到阻燃。三氧化二锑通常需要与卤素协同阻燃。加热时，首先释放HCl，生成SbOCl。然后SbOCl热分解，在吸收大量热量的同时生成SbCl3。在火焰温度下，SbCl3分解成Cl自由基，与火焰中的活性H和OH结合抑制火焰。同时，SbCl3具有较大的蒸汽比，附着在材料表面，对空气体起阻隔作用，在火焰空上凝结成液滴或固体颗粒。能量消耗在固体表面，从而减缓或停止燃烧。同时，生成的HX可以阻止塑料燃烧时产生的自由基链式反应，纳米分散的阻燃剂有助于充分发挥捕捉自由基的作用。

(4)纳米填料的作用

填充纳米三氧化二锑、氢氧化铝、氢氧化镁、层状双氢氧化物或硅酸盐等阻燃剂后，可燃聚合物浓度均匀下降，燃烧产物浓度降低。

四。纳米阻燃剂的特性

纳米阻燃剂可以提高材料的力学性能，减少阻燃剂的用量，满足工艺要求。纳米氢氧化铝阻燃剂最早开发出来，技术比较成熟，但分解温度比较低，往往达不到聚合物加工温度的要求，应用受到限制。关于超细三氧化二锑阻燃剂和纳米五氧化二锑阻燃剂的制备也有大量报道。这些阻燃剂一般只作为阻燃增效剂，主要用于塑料制品(PVC、聚烯烃、聚酯)和纺织品的阻燃，也用于帆布、纸张、油类等的阻燃。，但一般需要与含卤阻燃剂共用，无法满足环保要求。纳米氢氧化镁阻燃剂以其独特的性能在阻燃中占有重要地位。氢氧化镁在生产、使用和废弃过程中无有害物质，能中和燃烧过程中产生的酸性和腐蚀性气体。是一种环境友好的绿色阻燃剂。纳米氢氧化镁的高流动性可以大大改善高分子阻燃材料的加工性能，从根本上解决高填充量对高分子阻燃材料力学性能的严重损害。因此，纳米氢氧化镁很可能成为未来开发低烟、无毒、无卤、无磷新型阻燃剂及其纳米阻燃高分子材料的最重要突破口之一。

近年来，层状无机化合物(如粘土、石墨、铝镁氢氧化物等。)可以添加到聚合物中以产生聚合物/纳米复合材料，其具有特殊的阻燃性。它的潜在应用还包括飞机内部材料、燃料箱、电子或电气部件、护罩中的结构部件、制动器和轮胎等。与传统阻燃剂相比，要达到相近或更好的阻燃性能，层状化合物所需浓度相对较低，某些聚合物的物理性能不但没有降低，反而大大提高。另一个优点是，在燃烧过程中，层状化合物在较高温度下保持完整，并充当绝缘层，减少聚合物的挥发性分解产物的释放，从而使其自身自熄。显然，特殊晶型的镁铝碱式碳酸盐是一种很有前途的高效、无毒、低烟的无机阻燃剂，因其无毒、低烟、无腐蚀性气体、无二次污染等优点而被广泛应用。聚合物/层状纳米复合材料具有更好的机械性能、热性能、阻燃性能、各向异性等。比传统的填充材料，不破坏环境。它们被认为是一些传统阻燃剂的替代品。

此外，纳米阻燃剂具有特殊的阻燃性能，还可以赋予材料多种功能，如增韧、增强材料的强度、增强材料的耐洗刷性、抗菌、杀菌和自洁功能、光催化降解有机废气和废液等。

动词 （verb的缩写）研究方向和建议

纳米阻燃剂的研发是解决高分子材料低烟、低毒、无卤阻燃这一科学难题的新途径。该领域研究的目的是开发一种有利于环境和安全的新型阻燃技术，为实际应用提供科学依据。

未来的发展方向应从以下几个方面考虑:

(1)纳米超细阻燃剂粉体的制备方法、储运等。，主要探索环境污染小、团聚少的阻燃剂粉体及其制备方法，拓展其应用领域；

(2)通过制备和筛选阻燃剂、阻燃有机改性剂和无机添加剂，研究纳米超细复合阻燃剂粉体及其协同阻燃效果，满足阻燃剂协同体系的要求，减少阻燃剂用量；

(3)研究阻燃复合体系的相容性和分散性，使聚合物纳米复合材料具有更好的阻燃性能，有利于产业化；

(4)研究聚合物纳米复合材料的阻燃机理，阐明纳米复合材料的微观结构和形成机理；

(5)研究纳米复合材料的热解过程、燃烧前后的结构变化和炭化层的微观结构，深入探索其阻燃机理，揭示燃烧产物的热稳定性、阻燃性能和毒性，指导合成综合性能优化的新型阻燃高分子复合材料；

(6)探索聚合物/无机纳米复合材料阻燃机理与结构的对应关系，为材料的进一步研究和应用奠定理论和实验基础；对于用作结构材料的聚合物/无机阻燃纳米复合材料，研究火灾条件下结构强度和残余应力的变化，对评价构件在受热条件下的结构稳定性具有重要意义。

(7)借助计算机模拟，通过建立合适的理论模型，讨论各种水滑石的结构与性能的关系，合成具有预定结构和性能的水滑石及其复合物；

(8)从分子设计的角度，研究纳米复合材料的性能与结构的关系，研究纳米复合材料的结构与燃烧反应机理的关系，制备新型高性能阻燃聚合物/无机纳米复合材料，研究合成路线和反应机理。