气凝胶在阻燃领域的研究进展

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.03.019

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (3): 116-125.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.03.019

气凝胶在阻燃领域的研究进展

郝金灵, 陈雅君(), 钱立军()

北京工商大学化学与材料工程学院，中国轻工业先进阻燃剂工程技术研究中心，石油和化工行业高分子材料无卤阻燃剂工程实验室，北京 100048

收稿日期:2023-06-27 出版日期:2024-03-26 发布日期:2024-03-28
通讯作者: 陈雅君，chenyajun@th.btbu.edu.cn
钱立军，qianlj@th.btbu.edu.cn
E-mail:chenyajun@th.btbu.edu.cn;qianlj@th.btbu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(22175006)

Research progress in application of aerogel in flame retardant field

HAO Jinling, CHEN Yajun(), QIAN Lijun()

School of Chemical and Materials Engineering，Beijing Technology and Business University，China Light Industry Engineering Technology Research Center of Advanced Flame Retardants，Petroleum and Chemical Industry Engineering Laboratory of Non?halogen Flame Retardants for Polymers，Beijing 100048，China

Received:2023-06-27 Online:2024-03-26 Published:2024-03-28
Contact: CHEN Yajun, QIAN Lijun E-mail:chenyajun@th.btbu.edu.cn;qianlj@th.btbu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

综述了近年来国内外硅系气凝胶、有机气凝胶和碳系气凝胶在阻燃领域的研究进展。概述了气凝胶的特点、在阻燃领域的相关阻燃改性技术及其对材料阻燃性能的影响。总结了各种气凝胶的优缺点及未来发展趋势。

关键词: 硅系气凝胶, 有机气凝胶, 碳系气凝胶, 阻燃

Abstract:

This paper reviewed the research progress in the application of silicone⁃aerogels， organic aerogels， and carbon aerogels in the flame⁃retardant field. The characteristics of aerogels and corresponding flame⁃retardant modification technologies as well as their effects on the flame retardancy of materials were summarized. The advantages， disadvantages， and future development trend of various aerogels are discussed.

Key words: silica aerogel, organic aerogel, carbon aerogel, flame retardant

中图分类号:

TQ325

郝金灵, 陈雅君, 钱立军. 气凝胶在阻燃领域的研究进展[J]. 中国塑料, 2024, 38(3): 116-125.

HAO Jinling, CHEN Yajun, QIAN Lijun. Research progress in application of aerogel in flame retardant field[J]. China Plastics, 2024, 38(3): 116-125.

图/表 18

样品	TTI/s	TTPHRR/s	PHRR/kW·m^-2	THR/MJ·kW^-1
TEOS/HA	4	56	48.25	5.49
SS/HA	7	51	45.35	3.05
SS/PA	6	52	40.35	2.73

表1 TEOS/HA、SS/HA和SS/PA的锥形量热测试数据［7］

Tab.1 Detailed cone calorimeter data of various SAs［7］

图1 原始气凝胶燃烧前（a）和燃烧后（b）10 s的数码照片以及燃烧速度与纳米级氢氧化镁含量的关系（c）［14］

Fig.1 Digital photos of the original aerogel before combustion （a） and after combustion （b） for 10 seconds and the relationship between combustion rate and the content of nanometer magnesium hydroxide （c）［14］

图2 CNF和CNFA气凝胶的燃烧试验［16］

Fig.2 The combustion test of CNF and CNFA aerogel［16］

图3 纳米TiO2/纤维素气凝胶的SEM照片［18］

Fig.3 SEM of nano⁃TiO2/cellulose aerogel［18］

图4 样品的LOI值和UL 94测试结果［20］

Fig.4 LOI and UL 94 test results of the samples［20］

图5 DOPO⁃IA（a）和纤维素复合气凝胶（b）的合成路线［25］

Fig.5 Synthetic routes of DOPO⁃IA （a） and cellulose composite aerogels （b）［25］

图6 （a）、（b）BC气凝胶燃烧过程和燃烧后残留物的数字照片；（c）、（d）PA@BC气凝胶燃烧过程和燃烧后残留物的数字照片；（e）、（f）Ag/PA@BC气凝胶燃烧过程和燃烧后残留物的数字照片［29］

Fig.6 （a） and （b） digital photos of the combustion process and the residue after combustion of BC aerogel；（c） and （d） digital photos of the combustion process and the residue after combustion of PA@BC aerogel；（e） and （f） digital photos of the combustion process and the residue after combustion of Ag/PA@BC aerogel［29］

图7 交联P4A4M4复合气凝胶的制备［33］

Fig.7 Preparation of the crosslinked P4A4M4 composite aerogels［33］

图8 锥形量热计测试后PVA气凝胶残留物的数字照片［33］

Fig.8 Digital photographs of the residues of PVA⁃based aerogels after cone calorimeter test［33］

图9 改性聚磷酸铵对聚乙烯醇/蒙脱土气凝胶总释放热、比模量及微观形貌的影响［36］

Fig.9 Effect of PA⁃APP on THR specific modulus and morphology of PVA/MMT aerogels［36］

图10 PA/PC气凝胶［42］

Fig.10 PA/PC aerogels［42］

图11 纯PC和PC/BNNSs⁃2气凝胶的燃烧行为［44］

Fig.11 The burning behaviors of neat pectin and pectin/BNNSs⁃2 aerogels［44］

图12 PSi气凝胶的阻燃性［45］

Fig.12 Flame resistance of PSi aerogels［45］

图13 具有不同PI气凝胶质量分数的芳纶/PI气凝胶复合材料的垂直燃烧试验［46］

Fig.13 Vertical burning tests of aramid/PI aerogel composites with different PI aerogels mass fraction［46］

图14 PI@MXene的阻燃性［47］

Fig.14 The flame retardancy of PI@MXene［47］

图15 PI气凝胶的燃烧行为与燃烧时间的关系［48］

Fig.15 Combustion behaviors of PI⁃based aerogels as a function of burning time［48］

图16 Alg⁃CaCO3复合气凝胶［50］

Fig.16 Alg⁃CaCO3 composite aerogel［50］

图17 复合功能气凝胶的燃烧测试［54］

Fig.17 Photogaphs showing the burn test for the KLGA sample［54］

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