消防中的纳米技术综述

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1、消防中的纳米消防中的纳米阻燃阻燃技术技术 摘要：摘要： 本文主要论述了消防领域中的阻燃技术， 特别是对纳米材料在阻燃技术的应用做了详 细的介绍，最后对我国纳米技术在消防领域的研究提出了自己的看法。 关键字：关键字： 火灾，消防，阻燃技术，纳米，纳米材料，国际合作。 火灾伴随火的发明和利用而产生， 与人类文明的发展有着密切的关系。 随着经济社会的 发展和人类活动方式的改变，火灾的发生相应呈现出一定的变化规律和特征。 随着经济社会的发展，火灾损失呈上升趋势,可以说，经济社会的快速发展也带来了较 为严重的消防问题，据统计，我国 13 年间火灾起数和火灾损失分别增长 4.6 倍和 2.2 倍。 与发达

2、国家相比， 中国工业化和城市化发展水平以及火灾起数与损失都还较低， 随着中国的 快速发展，火灾还有一个潜在的上升空间。我国现在是经济高速发展的时期，据国际经验来 说， 这时也是安全事故易发期和群死群伤事故高发期。 最明显的一个例子就是发生在今年的 11 月 15 日发生在上海的特别重大火灾事故，目前已造成 58 人死亡，还有 70 人正在医院接 受治疗。因此，深入研究和分析火灾随经济社会发展的变化规律，积极预防和控制恶性火灾 事故的发生，在今后相当长一段时期内的仍将是重要任务。 在控制火灾的发生、减少火灾的影响方面，新型的防火材料以其产品安全与实用性，持 久耐用性，能够节省能源、资源与成本的特

3、点，正在迅速的发展中，特别是防火涂料技术发 展。 防火涂料关键部分是阻燃剂。 大多数聚合物材料是易燃物质， 阻燃技术是针对聚合物材 料而采用的一种防护措施，即阻止材料的燃烧，延缓火焰的蔓延及控制火灾的范围，因而阻 燃剂的开发和应用受到极大的重视。 阻燃技术包括阻燃剂及阻燃材料的制备及工艺， 阻燃机 理的研究等方面。 阻燃剂是高分子材料加工的重要助剂之一， 加入后能使合成材料具有难燃 性、自熄性和消烟性。 但是目前使用的阻燃剂带有明显的负面效应： 一方面， 可使材料获得良好阻燃效果的传 统含卤阻燃剂释放出大量的烟雾和卤化氢气体刺激眼睛和呼吸系统， 以及不完全燃烧产生 C O，造成“二次灾害”，

4、(火灾事故死亡的人中 90以上是因为高分子材料燃烧时散发出的 烟雾和毒性气体窒息而死，并非明火烧身) ；另一方面，阻燃剂添加量的增大影响一些材料 的机械性能，给这些材料的使用带来一定的问题。于是，开发具有无卤化、抑烟化、无有毒 气体化和超细化的阻燃性能的高分子材料成为当今高分子材料领域中的一个重要课题。 其中 纳米技术在传统阻燃材料中的应用为阻燃技术开辟了一个新领域， 纳米技术的出现， 为消防 开拓了崭新的防火、灭火技术领域。 纳米是一种长度单位，1 纳米等于十亿分之一米，大约三、四个原子的宽度。纳米技术 是用单个原子、 分子制造物质的科学技术， 它是现代科学(混沌物理、 量子力学、 介观物理

5、、 分子生物学)和技术(计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术)结合的产物。 作为 21 世纪新兴的一门前沿科学技术，它将对诸多技术领域产生巨大的影响。消防技术作 为一门多学科融合的边缘学科， 纳米技术将从不同方面对消防技术带来深远的革命性的变化。 纳米粒子也叫超微颗粒材料，一般是指尺寸在 1100 纳米间的粒子，是处在原子簇和 宏观物体交界的过渡区域， 它将显示出许多既不同于宏观世界又不同于微观世界的奇异特性。 比如水和油是不相溶的， 无论宏观尺度的水还是微观尺度的水都和油是不相溶的。 但是到了 纳米尺度，它就能够相溶，并且相溶得很好，成了热力学的稳定相。无论温度变化、振动还 是

6、添加化学原料，它都能够稳定下来。由纳米粒子组成的材料称为纳米材料，是目前材料研 究的一个热点： 它从根本上改变了材料的结构， 为克服材料学领域中长期未能解决的问题开 辟了新的途径。比如，运用纳米技术可以使陶瓷具有象金属一样的柔韧性和可加工性；根据 纳米材料的光学特征，使雷达的分辨率能力提高几百倍；将纳米材料加入化妆品中，则可以 有效遮蔽紫外线； 在医学上用纳米微粒进行细胞分离， 并设想用纳米技术制造出分子机器人， 在血液中循环，对人体的各个部位进行检查、诊断并实施特殊治疗。此外，纳米技术在微电 子学、 生物工程和分子组装等方面都有着广泛的应用前景。 纳米技术作为一种极具市场应用 前景的新兴科学

7、技术，同样将对消防技术产生极大的影响力。 无机添加型阻燃剂无机添加型阻燃剂 阻燃剂中无机物氢氧化铝(简称 ATH)和氢氧化镁(简称 MDH)占支配地位，为 48，其阻 燃作用主要表现在对燃烧的隔绝、冷却和稀释效应。氢氧化镁为无毒阻燃剂，具有阻燃、消 烟、阻滴、填充、安全、价低等优点，具有热稳定性高、高效的促基材成碳作用和强除酸能 力等特性， 其在 340-490间分解为氧化镁，并且吸收 44 8kjmol 的热量，从而抑制 聚合物材料的燃烧。国内关于镁基高抑烟纳米阻燃剂方面做了一定的研究，通过研究纳米 L DH(水滑石)和纳米 Mg(OH)2 无机阻燃剂对环氧树脂、聚氯乙烯、聚乙烯电缆料及尼龙

8、 6/聚 丙烯体系的阻燃效果，得出：纳米 LDH(水滑石) 和纳米 Mg(OH)2 对环氧树脂、聚氯乙烯的 抑烟效果极为显著， 纳米 Mg(OH)2 对聚乙烯有很好的阻燃效果， 可使氧指数上升 16以上； 纳米 LDH 与 APP(聚磷酸铵)复配， 保持 LDH 在共混体中的添加量在 15-5内，可获得 对 PA-6PP 共混物的协同阻燃效果，且 LDH：APP=1：65 时，效果最佳。 对于使用量大 的 ATH 具有阻燃、消烟功能，大量添加会增大优化材料表面积的阻燃效果。 此外，还有硼 酸锌、 钼化合物以及锡化合物等无机阻燃基的各自的超细品种的在阻燃材料中的也有广泛应 用。 阻燃纳米复合材料

9、阻燃纳米复合材料 聚合物/层状无机物纳米复合材料是一种有希望同时满足抑烟、 抑制有毒气体、 改善聚合 物机械性能并且防止环境污染的较高性能的一种新型材料。 纳米复合材料是指材料中的一个 或多个组分以纳米尺寸或分子水平均匀地分散在另一组分的基体中。目前尼龙-6/粘土纳米 复合材料是各国竞相研究开发的热点。粘土是一类具有 2：1 型的层状硅酸盐矿石，在自然 界有丰富储量。常用的粘土为蒙脱土。粘土作为一种耐火的层状硅酸盐，以纳米尺度均匀分 散在连续的聚合物中形成剥离或分层的有次序的聚合物和无机层的多层交互结构， 加大了聚 合物与粘土的相互使用， 使层的表面完全被聚合物所利用， 引起机械性能与物理性能

10、上的很 大变化。在加入改进的层状硅酸盐 2-10后相对于未加工的高聚物在低填充率下的有高 阻燃性。 不论是插层型还是剥离型， 具有高热稳定性的粘土纳米片层在二维方向的阻隔作用 对聚合物凝聚相的降解燃烧产生影响。 层状硅酸盐纳米复合物的阻燃机理是建立在炭化层形 成及结构的机理之上的。炭化层形成屏障，使聚合物基与热隔离，减少了挥发气体从聚合物 燃烧中的向气相的传质， 在燃烧过程中， 尼龙-6粘土纳米复合材料的质量损失速率比尼龙 -6 降低了一倍多。国内研究表明，多种插层剂合成有机改性蒙脱土(MMT)时， MMT 与常规阻 燃剂之间有阻燃协效使用，能提高 PA66 的阻燃性能。 此外，除了纳米阻燃技

11、术在防火中能产生举足轻重的影响，其他新型材料也在防火领域 有重要的作用。比如防火板材技术，防火板主要成份为水合硅酸钠，受热后会膨胀，保持良 好的防火和隔烟性能，达到隔热的效果；防火密封材料技术，防火密封材料技术，尤其是无 卤阻燃剂，有优良的阻燃性。 结束语结束语 总之，纳米技术作为一种极具市场潜力的新兴科学技术，其重要性毋庸置疑，许多发达 国家投入了大量的资金进行研究。正如钱学森院士所预言的那样：“纳米左右和纳米以下的 结构是下阶段科技发展的特点， 会是下一次技术革命， 从而将是 21 世纪的又一次产业革命。 ” 随着纳米技术的发展， 在消防领域应用的进一步深入， 将带给消防技术从理念到技术手

12、段革 命性的变化。 但是我国对纳米材料的研究起步较晚， 尤其纳米技术在消防中的研究与应用刚 刚开始。目前对于其的研究还刚刚开始，所以有很多方面亟待研究解决，然而，科学技术是 人类的共同财富。在经济全球化的背景下，人类在火灾科学和消防技术上面临的挑战，更加 需要依赖广泛、密切的国际科技交流与合作来应对。科学技术无国界。积极推进与国际消防 科技界的友好交流与合作， 促进火灾科学与消防技术的发展进步， 将使中国和世界的明天更 加平安、美好。 参考资料：参考资料： 1建筑防火材料，中国石化出版社，王国建、王凤芳著； 22008 年纳米技术综述，世界图书出版公司 ，邓健民译； 3 消防安全技术，化学工业出版社安全科学与工程出版中心，郑端文, 刘海辰主编。