近年来，由聚合物材料着火所引起的重大火灾呈上升趋势，聚合物材料的阻燃越来越引起人们的重视。但目前绝大多数阻燃聚合物主要是通过添加含卤素阻燃剂来实现的，在燃烧时会产生大量的烟雾以及有毒、有害、腐蚀性气体，造成“二次灾害”。因此，研究聚合物材料的低烟无卤阻燃，对于减少火灾发生以及降低火灾所造成的生命财产损失具有十分重要的意义。其中使用清洁高效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（聚氯乙烯，聚烯烃，聚酯）和纺织织物的阻燃，也可用于帆布、纸张、油漆、涂料等的阻燃剂及石油化工、合成纤维等的催化剂，亦可用作橡胶、术材的阻燃剂，搪瓷工业的遮覆剂、电子工业材料等。作为阻燃助剂的Sb2O3，其颗粒大小和形态对合成材料性能和阻燃效果影响较大。粒度是Sb2O3产品的重要指标，合成化纤、纺织用品阻燃处理往往要求Sb2O3的颗粒大小处于纳米级范围，粒度细，达到同样的阻燃效果的 Sb2O3的用量也越少，且不会阻塞喷丝孔，这是纺织品阻燃的关键。
但是目前使用的无机阻燃剂颗粒一般在微米级以上，阻燃填充量大，阻燃效率不高，所引起的加工工艺及产品性能的问题都比较严重。纳米阻燃剂是由颗粒尺寸为l～100nm的超微阻燃粒子凝聚而成的块体、薄膜、多层膜和纤维，通过将传统的无机阻燃材料超细化，利用纳米微粒本身所具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应来增强界面作用，改善无机物和聚合物基体的相容性，达到减少用量和提高阻燃性的目的。纳米技术在传统的阻燃材料中的应用为阻燃技术开辟了一个新的领域，纳米无机阻燃复合材料为发展阻燃剂聚合材料提供了一条崭新途径，它的出现将导致无机阻燃行业的一次历史性变革。
一、纳米无机阻燃剂合成方法
目前已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以及纳米碳酸钙、纳米二氧化钛、纳米氧化锌等。但纳米碳酸钙、纳米二氧化钛、纳米氧化锌等阻燃性能较低，一般仅作为填料使用，纳米五氧化二锑阻燃剂应用较少，主要以超细化三氧化二锑、纳米氢氧化铝、纳米氢氧化镁及纳米层状化合物等为主。
（一）纳米三氧化二锑
纳米Sb2O3的颗粒多为斜长矩形体，与其它阻燃剂、消烟剂并用，可产生协同效应。它的合成方法有：（1）沉淀法 SbCl3粉晶在浓盐酸中沉淀形成纳米颗粒；（2）低压蒸发将Sb2O3粉放入密封加热容器内压实，抽真空，使其真空度维持在30Pa，并使温度上升到610～630℃,可制得Sb2O3超细粉，用该法合成纳米三 氧化二锑，粒度达43．3nm；（3）火法生产工艺精锑在高温条件下熔化成锑液，锑液与空气中的氧气接触，锑被氧化成Sb2O3而挥发，控制结晶与冷却条件，可得到不同粒度的Sb2O3白色粉末，可用此法 合成粒度可控的纳米颗粒；（4）电弧法 采用锑金属极和碳电极之间由电能产生弧光放电，高温下可生成Sb2O3蒸气，再将蒸气冷凝成细微粒子，然后捕获，得到0.01um以下胶状细粉末，但用此 法合纳米级产品较难；（5）等离子法使用锑矿在高频等离子反应釜中反应，能有效地抑制铅等金属氧化物的生成，又能使气化了的三氧化二锑被等离子体所激发、离子化，从而形成了大量的活性基团，减少高价锑的含量，由此而得到纯度高的Sb2O3；也可采用共沉淀法生成纳米Sb2O3—SiO2复合阻燃剂。
二、纳米无机阻燃剂的应用
纳米无机阻燃复合材料是指将材料中的一个或多个无机阻燃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，因其存在超细的尺寸，所以各种类型的纳米无机阻燃复合材料的性质比其相应的宏观或微米级复合材料均有较大改善。与原来母体聚合物相比，纳米无机阻燃复合材料改进和提高的性能有以下几方面：一是提高力学性能和热性能，弯曲模量（刚性）提高1．5～2倍，提高摩擦和耐磨损性，大幅提高耐热性，热变形温度上升几十度，热膨胀系数下降为原来的一半；二是赋予复合材料功能性，使材料具有阻隔性、阻燃性，改进材料的透明性、颜料着色性、导电性和磁性能等；另外，还能提高材料的尺寸稳定性。尤其聚合物／阻燃剂纳米材料将会成为新一代阻燃高分子材料。纳米阻燃聚合物将有机聚合物的柔韧性好、密度低、易于加工等优点与无机填料的强度和硬度较高、耐热性较好、不易变形高度结合，显示了强大的生命力。其制法主要有：超微粒子直接分散法，包括乳溶共混法、溶液共混法、机械共混法、熔融共混法等；分子复合成法；“模板”合成法；插层复合法，包括单体嵌人聚合法、聚合物溶液嵌人法和聚合物直接熔融嵌人法；原位复合法，包括原位聚合法和原位形成填料法等。目前，合成的纳米复合阻燃材料主要有如下几种。
（1）聚合物/三氧化二锑纳米复合材料
把聚乙烯树脂、阻燃剂以及其它原料按配比混合（阻燃LDPE 90份，十溴联苯醚12份，纳米Sb2O3 6份），在相应的加工温度下加工处理，可制得纳米Sb2O3／PE阻燃聚合物的氧指数为24．1。在ABS塑料中加人5％纳米Sb2O3，可制得 Sb2O3／ABS纳米阻燃聚合物的氧指数为19．3；加人10％纳米Sb2O3可制得Sb2O3／ABS纳米阻燃聚合物的氧指数为20．9。把阻燃 ABS树脂90份，十溴联苯醚10份，纳米Sb2O3 5份混合，在相应的加工温度下加工处理，可制得Sb2O3／ABS纳米阻燃聚合物的氧指数为25．5。Cunnionl等把纳米级三氧化二锑用于对丙烯腈 一丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）进行阻燃处理。所得材料冲击强度无变化，细小尺寸的纳米粒子具有很小的折光系数，光传播几乎不受影响。把PVC 100份，DOP 50份，氯化石蜡8份，硬脂酸铅1.2份，硬脂酸钡1.5份，纳米Sb2O3 3份阻燃剂等原料按配比混合，可得纳米Sb2O3／PVC阻燃聚合物，氧指数为30。另外Sb2O3可与ZnO、TiO2等具有较好协同阻燃作用。
（2）聚合物/氢氧化铝纳米复合材料
一般说来，由于氢氧化铝的有效使用温度范围较低，故而适用于加工温度较低的树脂，如PP、PVC、聚氨酯软质泡沫、环氧树脂、不饱和聚酯、丙烯酸树脂等。 2001年氢氧化铝复合阻燃剂在PVC电缆料上的应用效果，讨论了阻燃剂含量对材料的阻燃和力学性能的影响，指出通过添加氢氧化铝阻燃剂可使其阻燃性能达到难燃材料V—0级，而且其力学性能基本不下降。但至今为止，用超细氢氧化铝阻燃乙丙橡胶，可以使体系的OI值达到38以上，而且力学性能有所提高。可采 用单组分沉淀法、醇盐水解法和共沉淀法制备纳米Sb2O3—Al（OH）3 复合阻燃剂协效阻燃。Sb2O3与AI（OH）3可优势互补：Sb2O3的优点是用量少，对树脂本身的物理机械性能影响小，但它在燃烧时会产生黑烟，而且 价格较贵；Al（OH）3具有不产生腐蚀性气体，发烟量低，价格较便宜等优点，其不足是添加量较大，对制品的机械性能影响较大。但它们均是在气相和固相起阻燃作用，因此两者具有真正的协同作用。
三、纳米无机阻燃剂Sb2O3的阻燃机理
纳米阻燃剂的阻燃机理归结起来有如下几个方面：
（一）隔断热传导和热辐射或称壁面效应
纳米Sb2O3，在燃烧初期，首先是熔融，在材料表面形成致密保护膜隔绝空气，从而起到阻燃作用。
（二）促进不燃性化合物生成
高温下阻燃剂与可燃物反应可导致炭的生成，该炭层起着隔绝空气的作用，隔绝可燃物的热分解。纳米阻燃剂的高度分散可充分促进炭的生成，同时纳米粒子充分分散在炭化层中起着骨架的作用，使生成的炭化层具有较好刚性与强度，可抵御火灾中烟气流动产生的气流。超细化Sb2O3通过均匀分散于聚合物材料中，在阻燃过程中有效地生成致密的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可与聚合物反应，分解出比重比较大的不燃性气体（如 CO2），产生物理覆盖作用，隔绝空气，达到了灭火作用。
（三）气相游离基的捕获作用
Sb2O3采用凝聚相阻燃和减少链式反应自由基OH来实现阻燃。三氧化二锑一般需与卤素协同阻燃。受热时先释放出HCl，并生成SbOCl，然后 SbOCl进行热分解，在吸取大量热的同时生成SbCl3，SbCl3在火焰温度下，分解出Cl游离基，与火焰中的活性H、OH等结合，起到抑制火焰的作用。同时SbCl3蒸气比重大，附于物料表面，起到隔绝空气的作用，并在火焰上空凝结成液滴或者固体微粒，能量在固体表面被消耗，使燃烧速度减慢或停止。同时由于产生的HX又能使塑料燃烧时产生的自由基链反应终止，纳米分散的阻燃剂有助于充分发挥对自由基的捕获作用。
（四）纳米填料作用
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，使可燃性高聚物的浓度均匀下降，减少了燃烧物浓度。
四、纳米阻燃剂的特性
纳米阻燃剂可以改善材料的力学性能，减少阻燃剂的使用量，满足工艺要求。纳米氢氧化铝阻燃剂开发最早，技术相对较成熟，但它的分解温度相对较低，常常不能满足聚合物加工温度的要求，其应用受到一定限制。有关超细化三氧化二锑阻燃剂、纳米五氧化二锑阻燃剂的制备也有了大量的报道，该类阻燃剂一般仅作为阻燃协效剂使用，主要用于塑料制品（聚氯乙烯、聚烯烃、聚酯）和纺织物的阻燃，也可用于帆布、纸张、油等的阻燃剂 ，但是一般需和含卤素阻燃剂共用，不能满足环保的要求。纳米氢氧化镁阻燃剂以其特有的性质在阻燃剂中占有重要作用。氢氧化镁在生产、使用和废弃过程中均无有害物质排放，而且还能中和燃烧过程中产生的酸性与腐蚀性气体，是一种环保型绿色阻燃剂。纳米级氢氧化镁的高流动性可大大改善聚合物阻燃材料的加工性能，可以从根本上解决高填充量给聚合物阻燃材料的力学性能带来的严重破坏。因此，纳米级氢氧化镁很可能成为今后发展环境友好的、低烟无毒无卤无磷的新型阻燃剂及其纳米阻燃聚合物材料领域中最重要的突破点之一。
近年来发展的层状无机化合物（如粘土、石墨、铝镁氢氧化物等）添加到聚合物中可生成聚合物／纳米复合材料，具有特殊的阻燃性。其潜在的应用还包括飞机内部材料、燃料舱、电子或电气部件、护罩内的结构部件、制动器和轮胎等。与传统阻燃剂相比，达到相似或更好的阻燃性能，需要的层状化合物浓度相对较低，且一些聚合物的物理性能不但没有降低，反而大大提高。另一个优点是燃烧时，层状化合物在较高温度时仍然保持完整，并且起到一个绝缘层的作用，减少了聚合物挥发性分解产物的释放，因而使自身具有自熄的特性。非常明显，具有特殊晶型的镁铝碱式碳酸盐是一种很有希望的高效、无毒、低烟的无机阻燃剂，因具有无毒、低烟、不产生腐蚀性气体、无二次污染的优点而得到广泛的应用。聚合物／层状纳米复合材料具有比传统填充材料优异很多的力学性能、热性能、阻燃性能、各向异性等，且不破坏环境，被认为是一些传统阻燃剂的替代品。
另外，纳米阻燃剂除具有特殊阻燃性能外，还可赋予材料多功能性如：增韧，增强材料强度，增强材料耐洗刷性，抗菌、杀菌和自洁功能，对有机废气、液的光催化降解等。
五、研究方向及建议
纳米阻燃剂的研究与开发是解决聚合物材料的低烟低毒无卤阻燃的科学问题的新途径。开展该领域研究的目的是发展有利于环境和安全的洁净化火灾防治的阻燃新技术，为实际应用提供科学依据。
今后的发展方向应从以下几个方面考虑：
（一）纳米级超细阻燃剂粉体的制备方法及储运等问题，主要探索对环境污染小，团聚少的阻燃剂粉体及其制造方法，并拓展其应用领域；
（二）通过制备和筛选阻燃剂、阻燃有机改性剂和无机添加剂，研究纳米级超细复合阻燃剂粉体以及相互之间的协调阻燃作用，以满足阻燃协调体系的要求及减少阻燃剂的用量；
（三）研究阻燃复合体系的相容性与分散性，使得聚合物纳米复合材料具有更加优良的阻燃特性，有利于产业化；
（四）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及形成机理；
（五）研究纳米复合材料热解过程、在燃烧前后的结构变化以及炭化层的微观结构，深入探讨其阻燃机理，揭示材料的热稳定性、阻燃性能及燃烧产物的毒性，指导合成新型综合性能优化的阻燃聚合物复合材料；
（六）探索出聚合物／无机纳米复合材料的阻燃机理与结构相应关系，为材料的进一步研究和应用奠定理论基础和实验基础；对于用作结构材料的聚合物／无机阻燃剂纳米复合材料，研究其火灾条件下的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意义重大；
（七）应用计算机模拟手段，通过建立合适的理论模型 探讨各种层状双氢氧化物结构与性能的关系的，合成预定结构和性能的层状双氢氧化物及其复合材料；
（八）从分子设计角度出发，研究纳米复合材料性能与结构的关系，研究纳米复合材料结构与燃烧反应机制的关系，制备出新的具有高性能的阻燃聚合物／无机纳米复合材料，并研究有关合成路线和反应机理。
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