納米化學(xué)在消防技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用前景展望

1、納米化學(xué)在消防技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用前景展望摘要：本文介紹了納米化學(xué)的概念，以及納米材料的獨(dú)特性質(zhì)，展望 了其在納米阻燃材料（納米阻燃劑卜納米鋼結(jié)構(gòu)防火涂料、納米滅火劑、 納米火災(zāi)報(bào)警器、納米消防裝備等消防技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用前景。納米”是一個(gè)長度計(jì)量單位，是英文nanometer的譯名。一納米相當(dāng)于 十億分之一（10-9）米，大約是10個(gè)原子的并列的寬度。納米化學(xué)是指 在納米尺度（1nm到100nm之間）范圍內(nèi)研究物質(zhì)（包括原子、分子的操 縱）的特性和相互作用一門多學(xué)科交叉的科學(xué)。納米材料是指三維空間 尺寸至少有一維處于納米量級(jí)的材料，包括納米微粒（零維材料）、直徑為納米量級(jí)的纖維（一維材料）、厚度為納米

2、量級(jí)的薄膜與多層膜（二 維材料）以及基于上述低維材料所構(gòu)成的致密或非致密固體。納米材 料是介于宏觀物質(zhì)與微觀原子或分子間的過渡亞穩(wěn)態(tài)物質(zhì)，因而呈現(xiàn) 出一些獨(dú)特性質(zhì)。當(dāng)物體顆粒小到納米量級(jí)后，材料會(huì)表現(xiàn)出常規(guī)粗 晶粒材料所不具備的差異特性和反常特性。比如，原來是導(dǎo)體的銅等 金屬，在尺寸減小到幾個(gè)納米時(shí)就不導(dǎo)電。而絕緣的二氧化硅等，在 尺寸減小到幾個(gè)納米或十幾納米時(shí)，電阻會(huì)大大下降，失去絕緣性， 變得能夠?qū)щ?。近些年來，納米材料和納米技術(shù)發(fā)展勢頭迅猛，由于納米材料具有與 傳統(tǒng)晶體和非晶體材料完全不同的獨(dú)特性質(zhì)，使納米材料和納米技術(shù) 在電子學(xué)、光學(xué)、化工、陶瓷加工、生物工程和醫(yī)藥學(xué)等領(lǐng)域得到應(yīng)用，并

3、相繼取得重大進(jìn)展。納米技術(shù)在消防領(lǐng)域的應(yīng)用尚屬科學(xué)實(shí)驗(yàn)階段，但這項(xiàng)技術(shù)已展現(xiàn)出 十分誘人的前景。有關(guān)專家認(rèn)為隨著納米電子學(xué)、納米材料學(xué)、納米 生物學(xué)、納米機(jī)械學(xué)、納米制造學(xué)、納米顯微學(xué)及納米測量學(xué)等新的 高科技群向前推進(jìn)，納米技術(shù)正在社會(huì)生活的各方面產(chǎn)生巨大變革， 并將對(duì)21世紀(jì)消防技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。1納米材料和納米技術(shù)納米粒子具有體積效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，使得納米材 料具有獨(dú)特的光學(xué)性能、吸附性能、催化性能、機(jī)械性能和化學(xué)活性， 這是納米材料近二十年來得到世人矚目的根本原因。對(duì)納米材料的研 究最初是從單相金屬材料開始的，到目前已發(fā)展到對(duì)合金、化合物、 金屬無機(jī)載體、金屬一一

4、有機(jī)載體和化合物一一無機(jī)載體、化合物一一有機(jī)載體等 復(fù)合材料以及納米管、納米纖維（或棒）等的研究和制備上。隨著各種形 式納米材料的發(fā)現(xiàn)，具制備工藝也日趨多樣化，常見的有真空蒸發(fā)冷 凝法、球磨法、沉淀法、溶膠一凝膠法、水熱反應(yīng)法和熱等離子體法， 近年來又相繼出現(xiàn)了脈沖電子沉積法、 電弧蒸發(fā)法、激光高溫?zé)Y(jié)法、 超臨界流體的迅速擴(kuò)張法、超重力法、輻射法、微乳液法及模板合成 法等新工藝。納米技術(shù)是在納米空間（0。1100nm）內(nèi)研究電子、原子和分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其特性，通過操縱單個(gè)原子、分子或原子團(tuán)、分子團(tuán)來制造具有 特定功能的材料或器件。當(dāng)物質(zhì)的尺寸小到1nm100nm（10-9m10-7m）時(shí)，由于

5、其量子效應(yīng), 物質(zhì)的局域性及巨大的表面及界面效應(yīng)， 使物質(zhì)的很多性能發(fā)生質(zhì)變， 呈現(xiàn)出許多既不同于宏觀物體，也不同于單個(gè)孤立原子的奇異現(xiàn)象。如把一塊銅逐漸切取，當(dāng)切到十幾個(gè)納米時(shí)候，它的性質(zhì)完全不一樣 了，變成了一團(tuán)沒有金屬光澤的黑糊糊的東西。如果你再把它壓制起 來形成一個(gè)納米材料，它的強(qiáng)度要比一般的傳統(tǒng)的銅高十幾倍，而且 可以像塑料高分子那樣彎曲。同樣用納米材料做成的陶瓷既摔不碎， 又特別耐高溫。這樣的材料稱為納米材料。納米材料可劃分為納米粒 子、納米線、納米薄膜（涂層）和納米體材（包括介孔材料）。2納米技術(shù)在消防工作中的應(yīng)用從已有的報(bào)導(dǎo)來看，納米材料在消防中的應(yīng)用主要包括五方面的內(nèi)容： 納

6、米阻燃材料（納米阻燃劑）、納米鋼結(jié)構(gòu)防火涂料、納米滅火劑、納米 火災(zāi)報(bào)警器、納米消防裝備等。2. 1納米阻燃劑納米技術(shù)在阻燃材料中的應(yīng)用已初露端倪，且前景廣闊。眾所周知， 由于聚合物材料（橡膠、塑料、纖維）的易燃性，造成了眾多的火災(zāi)事故 和人員傷亡，阻燃技術(shù)是針對(duì)聚合物材料而采用的一種防護(hù)措施，即 阻止材料的燃燒及延緩火焰的蔓延，從而大大降低火災(zāi)的發(fā)生，或?qū)?火災(zāi)控制在一定的范圍，為火災(zāi)的撲救贏得寶貴的時(shí)間。研究中發(fā)現(xiàn), 有些納米材料具有阻止燃燒的功能，如果將它們作為阻燃劑添加到可 燃材料中，可以改變這些可燃材料的燃燒性能，使其成為難燃燒材料。 從目前已經(jīng)研制出的或正在研究的項(xiàng)目來看，納米技術(shù)

7、用于阻燃劑具 體有以下幾個(gè)方面：1、納米超細(xì)粉在阻燃材料中的應(yīng)用。阻燃劑在高分子材料加工過程中 的重要助劑之一，如果采用納米技術(shù)對(duì)高分子材料進(jìn)行阻燃處理，可 以實(shí)現(xiàn)難燃性和自息性。目前使用的阻燃劑大多數(shù)為無機(jī)阻燃劑，它 們包括鑲系阻燃劑、鋁系阻燃劑、磷系阻燃劑和硼系阻燃劑等。由于 這些阻燃劑添加到聚合物中，會(huì)引起聚合物的加工工藝及產(chǎn)品性能發(fā) 生改變，特別是對(duì)模塑產(chǎn)品、擠型產(chǎn)品和薄膜產(chǎn)品的表面光潔度影響 較大，故需要使所有添加型無機(jī)阻燃劑的粒度超細(xì)化。像目前使用最 多的一種添加型阻燃劑三氧化二鑲，具顆粒大小和形態(tài)對(duì)塑料制品和 紡織織物的性能和阻燃效果影響非常大。粒度是三氧化二錫的重要指 標(biāo)，只有

8、當(dāng)三氧化二錫的粒度處于納米量級(jí)時(shí)才會(huì)使其本身具有較大 的比表面積，對(duì)織物的滲透性大，粘附力高，具有很強(qiáng)的耐洗牢度， 阻燃效果也非常明顯。超細(xì)化的阻燃劑可以改善材料的力學(xué)性能，減少阻燃劑的用量，滿足 工藝要求。但由于目前使用的三氧化二錫阻燃材料均為微米級(jí)的顆粒，而且分散度大，粒子大小不均勻，這樣產(chǎn)品只能涂覆到被保護(hù)材料的 外表，大大降低了三氧化二錫的阻燃性能。納米級(jí)三氧化二錫阻燃材料由于其粒度的變小具有了特殊的延展性能， 在阻燃性能方面比微米級(jí)三氧化二錫有了數(shù)量級(jí)的提高。尤其重要的 是由于納米級(jí)三氧化二錫粒子直徑小于化纖纖維的直徑，有可能加入 到化纖原料母粒中，這樣紡絲后在化纖中均勻分布阻燃材料

9、，從而使 得纖維本身具有高效阻燃性。2、阻燃納米復(fù)合材料的應(yīng)用。盡管使用超細(xì)阻燃劑能有效地提高聚合 物的阻燃性能，但也存在一些問題，如不能有效控制有毒氣體的釋放 及大量煙霧的生成，添加阻燃劑后會(huì)影響聚合物的機(jī)械性能，還會(huì)造 成一定的環(huán)境影響。因此，研究并使用聚合物 /層狀無機(jī)物納米復(fù)合材 料將能同時(shí)滿足上述要求并具有較好的阻燃性能。納米復(fù)合材料實(shí)際 上是將材料中的一個(gè)或多個(gè)以納米尺寸或分子水平均勻分散在另一組 份的基體中。據(jù)國外資料報(bào)道，由于這樣處理后的材料存在超細(xì)的尺 寸，所以其性質(zhì)比其相應(yīng)的宏觀或微米級(jí)復(fù)合材料均有較大的改善。目前在實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)制備出納米級(jí)環(huán)氧樹脂、聚苯乙烯、聚丙烯、尼龍 6

10、、丙烯酸等復(fù)合材料。如尼龍6/蒙脫士（4。2%）納米復(fù)合材料的 拉伸強(qiáng)度比純尼龍6增強(qiáng)50%,玻璃化溫度比純尼龍6提高約90C; 同時(shí)熱釋放效率也比純尼龍-6要低得很多。聚合物/層狀無機(jī)物納米復(fù)合材料具有比傳統(tǒng)填充材料優(yōu)異得多的力 學(xué)性能、熱性能、阻燃性能、各向異性等。國外已將聚合物 /層狀無機(jī) 物納米復(fù)合材料用于制造汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的配件，并準(zhǔn)備應(yīng)用于飛機(jī)內(nèi)部 材料、燃料艙、電子或電氣部件、護(hù)罩內(nèi)的結(jié)構(gòu)部件、制動(dòng)器和輪胎 制造等。很顯然，在不遠(yuǎn)的將來，采用納米技術(shù)還可以研制出具有良 好耐火性能的鋼材、玻璃、水泥、裝飾板、防火涂料等建筑材料，從 而大大提高建筑結(jié)構(gòu)的耐火性能。2. 2納米鋼結(jié)構(gòu)防火涂

11、料鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限只有15min,如不采取防火保護(hù)措施火災(zāi)中將在很短 時(shí)間內(nèi)倒塌。奧運(yùn)工程采用大量鋼結(jié)構(gòu)建筑，這些超高、超大、應(yīng)用 大量鋼結(jié)構(gòu)的體育場館防火性能很差，如何提高奧運(yùn)會(huì)場館消防安全 水平，已經(jīng)成為擺在設(shè)計(jì)、施工及消防部門面前一道共同的課題。目 前采用防火涂料就是最有效的技術(shù)手段之一。納米化學(xué)將對(duì)防火涂料 的3個(gè)最重要的成分進(jìn)行改性和優(yōu)選，從而獲得優(yōu)異的鋼結(jié)構(gòu)防火涂 料。納米無機(jī)-有機(jī)雜化樹脂納米級(jí)無機(jī)材料與有機(jī)分子復(fù)合形成 具有共價(jià)鍵結(jié)合的復(fù)合樹脂。復(fù)合樹脂具有耐高溫、粘接強(qiáng)度高等特 點(diǎn)。納米三氧化二錫、氫氧化鎂材料。經(jīng)實(shí)踐證實(shí)，由于具有更好 的分布結(jié)構(gòu)，納米三氧化二錫、氫氧化鎂作

12、為阻燃助劑效果良好，可 以大大提高阻燃性能，并能制成具有裝飾性的超薄涂料。無機(jī)纖維, 制備1種具有納米級(jí)纖維結(jié)構(gòu)的無機(jī)纖維。運(yùn)用特殊工藝將其制成納 米級(jí)分散體，保證其與樹脂等材料的充分復(fù)合，使超薄涂料即使在燃 燒后也具有高溫強(qiáng)度。2. 3納米滅火劑 納米技術(shù)的精髓就是從原子分子的精確操縱出發(fā)構(gòu)建具有全新分子、 排列形式的人造結(jié)構(gòu)。微米級(jí)的氣溶膠為傳統(tǒng)滅火劑，與之相比納米 級(jí)氣溶膠有全新的性能，其滅火效能有質(zhì)的飛躍，也可稱其為納米滅 火劑。目前已有一些才艮導(dǎo)：將傳統(tǒng)的干粉滅火齊1J (NaHCO3KHCO3NH4H2PO4) 制成納米材料。從干粉滅火劑的滅火原理來講，滅火效率與干粉顆粒 的大小有關(guān)，在納米尺度范圍的干粉其滅火性能有明顯提高。采用納 米技術(shù)開發(fā)新型干粉和泡沫滅火劑，不僅提高了滅火性能，還能延長 滅火劑的有效貯存期。2. 4納米火災(zāi)探測器制作火災(zāi)探測器是納米材料最有前途的應(yīng)用領(lǐng)域之一。目前火災(zāi)探測 器的小型化、微型化和智能化是其主要發(fā)展方向，國內(nèi)外火災(zāi)探測器 研究逐步集中在開發(fā)新型敏感材料的選擇性火災(zāi)探測器上。在氣體探 測器領(lǐng)域，由于納米材料粒度小，比表面積大，結(jié)晶表面催化活性強(qiáng)， 極有可能開發(fā)出性能優(yōu)良的氣敏元件，存在巨大的研究開發(fā)價(jià)值和商