蘇加強(qiáng)，牛 磊，劉 燁

(1.蘭州工業(yè)研究院,甘肅 蘭州 730050；2.蘭州理工大學(xué)，甘肅 蘭州 730050）

高效、低毒及環(huán)保型阻燃劑是阻燃領(lǐng)域研究與開發(fā)的主要方向，納米級(jí)阻燃劑與微米級(jí)的阻燃劑相比具有小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)以及表面效應(yīng)等特性，由于納米顆粒的粒徑較小（小于100nm）、易于分散，被用作聚合物材料阻燃劑時(shí)，由于其填充數(shù)量少，與基體材料具有較好的相容性，可以增強(qiáng)聚合物材料的阻燃性能和力學(xué)性能等，在聚合物材料的應(yīng)用中具有較為理想的效果。因此，新型納米阻燃劑的開發(fā)與應(yīng)用也逐漸成為阻燃劑研究領(lǐng)域重要的發(fā)展方向。目前，關(guān)于nano-Sb2O3顆粒的制備方法主要有液相法、氣相法及固相法等。

1 液相法

采用液相法制備納米顆粒一般可分為微乳液法、水解沉淀法以及溶膠-凝膠法等。杜兆芳等人[1]在超聲場中的醇鹽水解的方法，將SbCl3的晶體溶解于無水乙醇之中，在45℃條件下進(jìn)行醇解1 個(gè)小時(shí)，再加入表面改性劑，緩慢地加入氨水并采用超聲儀進(jìn)行攪拌，攪拌一段時(shí)間后再進(jìn)一步進(jìn)行離心分離和過濾，使用乙醇以及去離子水洗滌制備的樣品，過濾、干燥和研磨后便制備了nano-Sb2O3顆粒。制備出的nano-Sb2O3顆粒采用X 射線衍射儀進(jìn)行表征分析，可以明顯觀察到nano-Sb2O3顆粒的特征衍射峰，與衍射峰標(biāo)準(zhǔn)卡片中特征衍射峰的位置相符，說明成功制備出了nano-Sb2O3顆粒，nano-Sb2O3顆粒的X 衍射峰比較尖銳，說明了nano-Sb2O3顆粒具有較高的結(jié)晶度。張琳等人[2]同樣選用醇鹽水解的方法，采用了非離子表面活性劑（TX-10），同時(shí)以異丙醇為醇化的試劑，設(shè)定并控制反應(yīng)的溫度為35℃，同樣成功制備出粒徑在20-30nm 的nano-Sb2O3顆粒。研究中發(fā)現(xiàn)采用正丁醇共沸的方法去制備nano-Sb2O3顆粒能有效地減少納米粒子團(tuán)聚程度，而且制備的nano-Sb2O3顆粒粒徑更小，具有更好的分散性。同時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)nano-Sb2O3顆粒粒徑尺寸為20～30nm 時(shí)，nano-Sb2O3顆粒單位質(zhì)量吸熱量明顯增大，這種明顯的吸熱效應(yīng)可以有效地降低復(fù)合材料的分解速度，進(jìn)而可以達(dá)到更好地阻燃效果。鄭榮波等人[3]以水-乙二胺混合液作為溶劑，Sb2O3顆粒作為銻源，在室溫條件下成功地合成了形貌和晶型可以調(diào)控的nano-Sb2O3顆粒。Yunxia Zhang 等人[4]在恒溫瓶中加入乙醇和SbCl3，并將制備的混合液在高壓釜中進(jìn)行攪拌處理，再將NaBH4加入混合液中共混攪拌，混合液在連續(xù)攪拌30min 后，轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯作為內(nèi)襯的恒溫高壓釜之中，最后自然冷卻至室溫，再將收集的樣品，采用無水酒精和蒸餾水進(jìn)行洗滌后，在80℃條件下干燥8h，同樣成功制備出形貌可控nano-Sb2O3顆粒。

2 氣相法

采用氣相的制備方法制備nano-Sb2O3顆粒主要包括等低壓制備法[5,6]、離子法[7]、以及弧光放電制備法等。黎明等人[8,9]采用高頻等離子體作為熱源，Sb2O3顆粒作為原料，通過高溫加熱和快速驟冷的工藝，可以制備出nano-Sb2O3粉末，對(duì)制備粉末的化學(xué)成分、物相、粒徑以及形貌等進(jìn)行了表征分析。

結(jié)果表明，高頻等離子方法制備出的nano-Sb2O3顆粒為立方晶系，顆粒的形貌為球形，納米顆粒的平均粒徑30nm。C.H.Xu[10]同樣采用蒸發(fā)和冷凝的制備方法，將粒徑為1.5μm 的銻粉放置在氧化坩堝中在管式爐中進(jìn)行加熱。爐子的溫度控制在550℃左右，在氣流的下游放置基板，冷凝沉積Sb2O3顆粒的溫度控制在250℃左右，通過4 個(gè)小時(shí)的冷凝沉積后，制備出粒徑尺寸在10-100nm 的nano-Sb2O3顆粒，當(dāng)沉積時(shí)間再增長，nano-Sb2O3顆粒的尺寸會(huì)繼續(xù)增加，沉積時(shí)間為20 個(gè)h，nano-Sb2O3顆粒的尺寸變?yōu)?50～250nm，而且顆粒形貌有三角形，六角形和矩形等。這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明在制備nano-Sb2O3顆粒的過程中通過控制動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)熱力學(xué)等條件可以成功地制備出尺寸可控的nano-Sb2O3顆粒。

3 固相法

徐建林等人[11,12]采用機(jī)械化學(xué)法制備了nano-Sb2O3顆粒，并系統(tǒng)分析了球磨的時(shí)間、球磨的轉(zhuǎn)速以及球料比等工藝參數(shù)對(duì)制備的nano-Sb2O3顆粒粒徑和形貌的影響，同時(shí)研究了不同表面改性劑對(duì)制備的nano-Sb2O3顆粒分散性能的影響等。在球磨的過程中加入液體石蠟等，可以防止nano-Sb2O3粉末粘附在磨罐上，同時(shí)改善粉末顆粒均勻性，在球磨的轉(zhuǎn)速為400r/min，球磨的時(shí)間為30h 等實(shí)驗(yàn)條件下，成功制備出平均粒徑尺寸100nm 的nano-Sb2O3顆粒。

4 結(jié)束語

我國的銻資源儲(chǔ)量豐富，深化銻資源的應(yīng)用逐步成為研究的熱點(diǎn)，銻的氧化物作為阻燃協(xié)效劑在復(fù)合材料阻燃領(lǐng)域中使用廣泛。但在銻資源逐漸減少的今天，將阻燃領(lǐng)域中的銻資源進(jìn)行納米化是節(jié)約資源和提高使用效率有效途徑之一。目前，氣相法、液相法與固相法制備三氧化二銻顆粒均取得較好的效果。在聚合物阻燃領(lǐng)域的應(yīng)用中，通過將三氧化二銻進(jìn)行納米化處理可有效地提高了其與鹵素阻燃劑協(xié)同阻燃的效率，同時(shí)可以減少三氧化二銻添加量，這對(duì)于節(jié)約現(xiàn)有的銻資源以及保護(hù)環(huán)境等都具有重要現(xiàn)實(shí)意義。