环境友好型三维稀土氧化物/硼酸盐纳米材料的可控制备及其阻燃性能研究

This project aims at solving the flowing problems: low flame retardant material of inorganic nanometer; internal patterns between nanoparticles structure, form and fire retardation; and the urgent need to establish a toxicity evaluation system for nanoparticles own environment. Three-dimensional structure of rare earth oxides/borate nanomaterials are prepared by hydrothermal bionic. This project explore the structure and morphology of inorganic nanoparticles, and the relationship between types and configurations of nonaparticles mingled with Rare Earth atom and the flame retardant properties, as well as the influence that nanoparticles toxicity exerts on the environment. With help of comprehensiven characterization analysis of composition, structure, toxicity, etc., it identifies the factors that affect the rare earth oxide/borate nano materials flame retardant properties; it puts forward a new theory of microscopic molecular structure and fire retardant properties, and establishes a scientific, applicable environmental evaluation system for nanoparticles toxicity as well as achieves material controllable preparation. This study provides new ideas and technical means for the design and preparation of environment-friendly, efficient and new flame-retardant materials, and lays the foundation for the making of environment-friendly, efficient inorganic flame retardant materials.

项目针对无机纳米阻燃材料阻燃性能低、纳米粒子的结构和形态与阻燃作用之间的内在规律尚不清楚、以及急需纳米粒子自身环境毒性评价体系的问题，采用水热仿生法制备三维结构的稀土氧化物/硼酸盐纳米材料。探究无机纳米粒子结构和形态、掺杂稀土原子的种类和构型与阻燃性能的关系、纳米粒子自身毒性对环境的影响。借助成分、结构、毒性等的综合表征分析，确定影响稀土氧化物/硼酸盐纳米材料阻燃性能因素、提出微观分子结构与阻燃性能的新理论、建立一套科学的、适用的纳米粒子自身毒性的环境评价体系，实现材料的可控制备。本研究为绿色环保、高效新型阻燃材料的设计和制备提供新的思路和技术途径，为实现环境友好、高效无机阻燃材料的制备奠定基础。

近年来，随着科学技术的快速发展，高分子材料在关乎民生建设和发展的诸多行业中扮演着越来越重要的角色，由于大多数高分子材料属易燃、可燃材料只要具备火源，它们就能在空气中被点燃，燃烧时常常伴随产生浓烟和有毒气体，不仅给消防扑救工作带来极大的困难，而且极易造成重大的人员伤亡和财产损失。因此，如何提高高分子材料的阻燃性能已成为全世界十分关注的问题。稀土元素应用研究主要集中在发光材料、吸波材料、催化剂等领域为了进一步提高无机纳米阻燃剂的阻燃性能和探明纳米粒子自身毒性对环境的影响，本项目组提出研发三维稀土氧化物/硼酸盐纳米阻燃材料，通过对稀土氧化物/硼酸盐纳米三维结构的控制，使其具有“催化协效”的新功能，来解决阻燃性能欠佳和抑烟性差的问题。同时，探究不同形貌结构的阻燃剂对阻燃性能的影响。基于易燃聚合物在燃烧过程中燃烧速度快、发烟量大等特点，本项目组利用某些稀土元素在特定条件下具有催化作用的性能，使燃烧聚合物的成碳和交联反应得以快速和充分进行，形成稳定碳层结构，起到阻燃和抑烟作用。该方法创造性地提出一条制备新型高效阻燃剂的新途径。. 本项目利用稀土元素在特定条件下具有催化作用的特殊性能，通过以Na2B4O7•10H2O、Zn(NO3)2•6H2O、稀土元素为原料，在表面活性剂的水系环境中采用均匀沉淀法成功制备出须状、球状和片状及具有类水滑石骨架结构的三维稀土/硼酸盐纳米阻燃材料。该类纳米阻燃材料具有绿色、环保、高效及添加量少的优点，在聚苯乙烯、酚醛树脂易燃高分子材料材料中表现出良好的阻燃性能。本研究为绿色、环保、高效新型稀土系列阻燃剂的开发具有重要意义。