本發明屬于阻燃材料，更具體的說是涉及納米紫磷作為高分子材料阻燃劑的應用。

背景技術：

1、隨著高分子聚合物的使用越來越廣泛，其普遍存在易燃的缺點，嚴重威脅著生命財產安全。阻燃劑的開發與利用對于保障生命健康和財產安全具有重要意義。常用阻燃劑有鹵系阻燃劑和磷系阻燃劑。鹵系阻燃劑的大量使用會對人類的生存環境與身體健康造成極大危害，部分產品已被明令禁止使用。隨著環境保護和健康觀念受到越來越多的關注，磷基阻燃劑被公認為是最優越的無鹵素阻燃替代品。磷系阻燃劑可實現阻燃無鹵化，更安全。磷基阻燃劑由于其阻燃效率高、加工過程中腐蝕小、優異的塑料成型流動性能、低毒和腐蝕性氣體排放少等優點，迅速獲得了公眾的認可。

2、然而，磷系阻燃劑中的有機磷系阻燃劑存在易揮發、燃燒時發煙量較大、熱穩定性差等缺點，且其磷含量較低，大量添加時才能起到較好的阻燃效果。傳統的無機磷阻燃劑(如紅磷和聚磷酸胺等)由于粒徑大而存在聚合物相容性差和分散不均的問題，這阻礙了其阻燃性能。納米黑磷作為一種新型精細磷化工產品，用于高分子材料阻燃時具有用量少、阻燃效果好等優點，但是納米黑磷環境穩定性較差，易被氧化降解導致性能下降，影響長期阻燃效果。隨著對材料性能要求的提高，開發新型阻燃材料成為當務之急。

技術實現思路

1、本發明的目的是提供一種納米紫磷作為高分子材料阻燃劑的應用，通過將納米紫磷添加到高分子材料中，以解決上述現有技術存在的問題，實現材料阻燃性能的顯著提升。

2、為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

3、本發明技術方案之一：提供一種納米紫磷作為高分子材料阻燃劑的應用。

4、進一步的，所述納米紫磷的三維尺寸中至少一維的尺寸為0.5-100nm。

5、其中，納米紫磷包括紫磷烯、紫磷量子點、紫磷納米帶、紫磷納米線和紫磷納米管中的至少一種，或紫磷晶體經研磨后尺寸達到上述范圍的粉末。

6、進一步的，所述納米紫磷作為高分子材料阻燃劑的添加量為高分子材料質量的0.1％-15％。

7、在一些可選的方案中，所述納米紫磷以固體、水分散液或有機溶液分散液形式加入，其中，水分散液或有機溶液分散液的固含量為0.01-10mg/l。

8、本發明可根據基體材料的初始形態的不同，采用不同的添加方式。針對采用熔融共混法進行阻燃劑添加的熱塑性高分子材料，以納米紫磷分散液或納米紫磷粉末的形態添加；針對需在較低溫度下添加阻燃劑的高分子材料，以有機溶劑分散液形態與有機液相基體材料混合使用；針對熱固性高分子材料，以納米紫磷固態粉末形態直接混合使用。

9、在一些可選的方案中，所述紫磷量子點的直徑為0.5-20nm。

10、在一些可選的方案中，所述紫磷烯的片層厚度為0.5-30nm，平面直徑為20-200nm。

11、納米紫磷一般呈現層狀結構，熱解溫度高達512℃，具有極高的熱穩定性。單層紫磷的二維楊氏模量大約為1512±76n/m，是石墨烯的4.4倍，遠遠高于其它二維材料，具有優異的機械性能。將納米紫磷經超聲分散在去離子水中，在空氣環境下放置十天仍然未被氧化降解，表明納米紫磷具有優異的環境穩定性。納米紫磷在機械性能、熱穩定性和環境穩定性等方面具有比其他阻燃劑更優異的性質，使得納米紫磷在阻燃發揮超高的阻燃效果的同時能夠保障材料的力學性能和環境穩定性。

12、本發明技術方案之二：提供一種高分子阻燃材料，所述高分子阻燃材料包括高分子基體材料，以及所述高分子基體材料質量0.1％-15％的納米紫磷；

13、所述高分子基體材料包括聚氨酯類高分子材料、聚丙烯樹脂或聚氯乙烯。

14、本發明中使用的納米紫磷具有較小的尺寸，無需通過包覆或改性，可直接均勻分散于高分子基體材料中，具有較好的分散性和相容性。

15、本發明技術方案之三：提供一種上述高分子阻燃材料的制備方法，步驟包括：將所述納米紫磷和所述高分子基體材料混合均勻后，經成型處理得到所述高分子阻燃材料。

16、進一步的，所述成型處理包括干燥成型或熔融擠出成型。

17、本發明中的納米紫磷通過根據不同高分子基體材料，采用不同的設備制備高分子阻燃材料，其中，根據不同高分子阻燃材料的需求，采用不同形貌、不同尺寸、不同厚度、不同規格的納米紫磷作為阻燃劑成分。在納米紫磷阻燃劑形貌選擇上，根據高分子材料的性能需求，選擇不同形貌的納米紫磷。例如，對于需要優異阻燃性能的材料，可選擇片狀結構的納米紫磷，因為片狀結構的納米顆粒具有極佳的阻燃效果；對于需要提高材料強度和韌性的材料，可選擇體線狀或帶狀的納米紫磷；在尺寸選擇上，納米紫磷的尺寸應與高分子材料的分子鏈段長度相匹配。對于分子鏈段較長的高分子材料，如聚乙烯、聚丙烯等，可選擇尺寸較大的納米紫磷，以便更好地與高分子鏈段相互纏結，提高阻燃效果；對于分子鏈段較短的高分子材料，如環氧樹脂等，可選擇尺寸較小的納米紫磷；在厚度選擇上，對于需要形成阻燃涂層的材料，如聚酰亞胺等，可選擇厚度較薄的納米紫磷，以便在涂層中形成致密的阻燃層；對于需要提高材料內部阻燃性能的材料，可選擇厚度適中的納米紫磷；在納米紫磷規格選擇上，根據高分子材料的加工工藝和設備要求，選擇不同規格的納米紫磷。例如，在熔融共混過程中，可選擇粒徑較小、流動性好的納米紫磷粉末，以便更好地與高分子熔體混合；在涂覆過程中，可選擇分散性好的納米紫磷分散液。

18、本發明技術方案之四：提供一種上述高分子阻燃材料作為建筑材料在建筑領域中的應用。

19、本發明公開了以下技術效果：

20、本發明提供了一種納米紫磷用于高分子材料阻燃的新用途，納米紫磷具有較小的納米尺寸、高熱穩定性和環境穩定性、優異的力學性能等特點，用做高分子材料阻燃添加劑時能夠有效提高高分子材料的阻燃效果，對于推動阻燃產業的綠色發展具有重要意義。

21、本發明以納米紫磷作為高分子基體材料的阻燃劑不僅可以克服現有磷系阻燃劑存在的顆粒大、分散不均勻、含磷量低、易揮發、易吸潮降解以及相容性差等的問題，同時具有低毒、低煙和無鹵等優點，符合當前阻燃劑綠色環保的發展趨勢。

22、本發明制備得到的高分子阻燃材料中納米紫磷的添加不僅提高了材料的阻燃效果，還保持了材料的機械強度和環境穩定性。

技術特征：

1.一種納米紫磷作為高分子材料阻燃劑的應用。

2.如權利要求1所述的應用，其特征在于，所述納米紫磷的三維尺寸中至少一維的尺寸為0.5-100nm。

3.如權利要求1所述的應用，其特征在于，所述納米紫磷作為高分子材料阻燃劑的添加量為高分子材料質量的0.1％-15％。

4.一種高分子阻燃材料，其特征在于，所述高分子阻燃材料包括高分子基體材料，以及所述高分子基體材料質量0.1％-15％的納米紫磷。

5.如權利要求4所述的高分子阻燃材料，其特征在于，所述納米紫磷包括紫磷烯、紫磷量子點、紫磷納米帶、紫磷納米線和紫磷納米管中的至少一種；和/或，所述納米紫磷的三維尺寸中至少一維的尺寸為0.5-100nm。

6.如權利要求4所述的高分子阻燃材料，其特征在于，所述高分子基體材料包括聚氨酯類高分子材料、聚丙烯樹脂或聚氯乙烯。

7.如權利要求4-6任一項所述的高分子阻燃材料的制備方法，其特征在于，步驟包括：將所述納米紫磷和所述高分子基體材料混合均勻后，經成型處理得到所述高分子阻燃材料。

8.如權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述成型處理包括干燥成型或熔融擠出成型。

9.如權利要求4-6任一項所述的高分子阻燃材料作為建筑材料在建筑領域中的應用。

技術總結
本發明屬于阻燃材料技術領域，更具體的，涉及納米紫磷作為高分子材料阻燃劑的應用。本發明提供了一種納米紫磷作為高分子材料阻燃劑的應用以及一種高分子阻燃材料，納米紫磷具有較小的納米尺寸、高熱穩定性和環境穩定性、優異的力學性能等特點，用做高分子材料阻燃添加劑時能夠有效提高高分子材料的阻燃效果，對于推動阻燃產業的綠色發展具有重要意義，以納米紫磷作為高分子基體材料的阻燃劑不僅可以克服現有磷系阻燃劑存在的顆粒大、分散不均勻、含磷量低、易揮發、易吸潮降解以及相容性差等的問題，同時具有低毒、低煙和無鹵等優點，符合當前阻燃劑綠色環保的發展趨勢。

技術研發人員：裴豐,田文,廉培超,郭忠,許婷婷,陳滔滔,林森
受保護的技術使用者：湖北宜化化工科技研發有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28