海泡石是一種典型的層狀硅酸鹽黏土，其價格較低，而且儲量豐富，原料易得。天然海泡石的比表面積較大，最高可達400m2/g，有利于改性劑和聚合物單體進入層間，提高海泡石與阻燃劑和聚合物基體的相容性。同時，海泡石具有較好的熱穩定性和一定的力學強度，可以作為填料填充聚合物，改善聚合物的阻燃性能和力學性能。除此以外，海泡石還可以與膨脹阻燃劑發揮協同阻燃作用，促進炭層的形成，使炭層更加致密均勻，從而更好地抑制了燃燒過程中氣體的溢出和熱量的傳遞。
　　
　　天然海泡石雖然具有諸多優異的性能，但是，其作為無機黏土與有機高分子材料的相容性較差，直接添加，易產生團聚現象，影響了材料的阻燃性能。需要對海泡石進行表面改性解決該問題。
　　
　　改性海泡石在高聚物中的分散性得到顯著提高，復合材料的阻燃性能、力學性能均能得到一定改善。目前，海泡石的改性方法主要有酸堿改性、表面活性劑改性、硅烷偶聯劑改性、有機物接枝改性、金屬及其化合物改性等。
　　
　　1、酸堿改性
　　
　　酸堿改性是海泡石常用的改性方法之一，通常與熱處理同時使用，可以作為有機改性的前提。酸堿改性能增大海泡石的比表面積及孔隙率，提高海泡石的離子交換容量和表面羥基的數量。在阻燃領域中，通常采用鹽酸、硫酸等強酸和氫氧化鈉等強堿作為海泡石的改性劑。
　　
　　Yan等采用鹽酸對海泡石進行改性，研究了鹽酸濃度、酸化溫度和酸化時間，3個因素對海泡石的影響，結果表明，當鹽酸濃度為4moL/L、酸化時間為6h、酸化溫度為313.15K時，改性海泡石對于硬脂酸的吸附能力最強。酸處理后，除去了海泡石的雜質，晶體結構較完好。添加了酸改性海泡石的復合材料的熱穩定性得到顯著增強。
　　
　　謝廈等采用酸堿復合改性方法處理海泡石，并且，通過對比改性前后海泡石的性質可知，改性海泡石的比表面積、平均孔徑及孔容分別增大了66.06%、15.69%和34.76%。改性海泡石的可交換性離子含量顯著增大，分散性得到提高。
　　
　　2、表面活性劑改性
　　
　　表面活性劑改性是海泡石的有機改性方法之一。表面活性劑由于同時具有親水的極性基團和親油的非極性基團，可以使天然海泡石的親水性轉變為親油性，提高了海泡石與聚合物基體的相容性。離子型表面活性劑可以與海泡石進行離子交換，進一步增大了海泡石的層間距，有利于海泡石纖維的剝離。離子改性劑是海泡石表面活性劑改性中最常用的試劑，利用海泡石層間陽離子的可交換性，改性劑可以進入海泡石的層間，擴大了層間距，提高了黏土的親油性。
　　
　　Li等利用十四烷基三甲基溴化銨（TTAB）、十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）和十八烷基三甲基溴化銨（OTAB）對天然海泡石進行離子交換改性。研究表明，隨著烷基鏈長度的增加，海泡石的比表面積由297.8m2/g增大至698.6m2/g，總孔容由0.840cm3/g增大至3.080cm3/g。改性后的海泡石從親水性轉變為親油性，提高了改性海泡石與聚合物基體的相容性，從而提升了海泡石的阻燃性能。
　　
　　新型表面活性劑的研究可以增大海泡石改性的應用范圍。Verge等以可再生腰果殼油（CNSL）生成的3-烷基酚縮水甘油醚作為原料，合成了一種新型的氨基表面活性劑PkH+，并且，將其作為改性劑對海泡石進行改性。結果表明，雙酚Ａ型縮水甘油醚（DGEBA）單元能夠較好地接枝到改性海泡石上，有效地提高了DGEBA和海泡石的相容性。
　　
　　通過優化海泡石的改性工藝能夠降低成本，促進海泡石在阻燃領域的產業化。Zhuang等提出了一種一步提純和有機改性海泡石的方法，節約了資源的使用，減少了污染的排放。有機表面活性劑同時作為改性劑、絮凝劑使用，并且，其沒有改變海泡石的晶體結構，有機改性劑的有效包覆提高了有機海泡石的親油性。
　　
　　3/硅烷偶聯劑改性
　　
　　硅烷偶聯劑改性海泡石的過程中，甲氧基或乙氧基先水解生成羥基，與海泡石表面的羥基發生縮合反應，反應基團接枝在海泡石表面，反應基團與聚合物基體反應生成化學鍵。與通過氫鍵和范德華力的結合成鍵相比，采用偶聯劑成鍵的海泡石復合材料界面結合更加緊密，海泡石在有機高分子材料中的分散性及兩者的相容性更佳，因此，硅烷偶聯劑能提高海泡石的阻燃性能。
　　
　　Ahmed等采用乙烯基三乙氧基硅烷（VTES）對海泡石進行硅烷化。研究表明，添加硅烷改性海泡石后，與未改性海泡石樣品的拉伸強度（8.2MPa）相比，乙烯-醋酸乙烯（EVA）復合材料的拉伸強度顯著提高，其值為14.1MPa，同時，改性的海泡石填料在EVA中的分散性更佳。
　　
　　除此以外，由于硅烷偶聯劑改性引入了新的基團，賦予海泡石新的性能，例如，較好的抗沖性、阻燃性、耐腐蝕性和自潔性等，海泡石阻燃材料在特殊環境下的應用更加廣泛。Chen等利用含氟聚硅氧烷（FPOS）改性的海泡石與環氧樹脂（EP）制備了一種具有自潔性的超雙疏（疏水疏油）涂料。該涂層對水、普通液體和油均具有較好的排斥性能，同時還具有較好的抗沖擊性能和耐腐蝕性能。
　　
　　不同條件下，硅烷改性的效果存在差異。Mazloom等研究了海泡石硅烷改性的過程。將甲基丙烯氧基丙基三甲氧基硅烷（γ-MPS）作為偶聯劑，分別在酸性乙醇水溶液和堿性環己烷條件下對納米顆粒進行改性。結果表明，堿性條件下的硅烷化改性接枝率約為酸性條件的2倍，這是由于，堿性條件下，硅烷偶聯劑的排列垂直于表面；而酸性條件下，由于氫鍵作用，硅烷偶聯劑與表面平行。
　　
　　4、有機物接枝改性
　　
　　有機物接枝改性通常是基于硅烷偶聯劑改性進行的。硅烷偶聯劑改性海泡石的表面接枝活性官能團，然后，通過化學反應將阻燃劑分子接枝在海泡石上，制備阻燃功能化海泡石。與物理混合相比，通過接枝的方法連接在海泡石上的阻燃劑分子的分散性較高，能夠充分發揮海泡石與阻燃劑的協同效應。
　　
　　Jiang等將9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物（DOPO）與海泡石進行接枝改性，得到復合材料SEP-DOPO，并且，將SEP-DOPO作為阻燃劑引入至聚乳酸（PLA）中，阻燃性能實驗表明，當SEP-DOPO為10%時，PLA的極限氧指數（LOI）值從20.2%提高至31.5%，UL94測試達到V-0級，釋熱速率峰值（PHRR）降低了40.7%。
　　
　　Zhang等采用季戊四醇二膦酸二氯六亞甲基二胺（PSPHD）對海泡石進行接枝改性，得到阻燃改性海泡石納米纖維（PSPHD-SEP），再與低密度聚乙烯（LDPE）復合，得到納米復合材料。研究表明，接枝改性改善了聚酯纖維的多步熱降解過程，提高了復合材料的熱穩定性。與純LDPE相比，添加5%PSPHD-SEP的樣品在80℃和25℃時的拉伸強度分別提高了58%和95%。
　　
　　5、金屬及其化合物改性
　　金屬及其化合物改性海泡石在阻燃領域中是一種發展較慢的改性方法。Mg、Al、Fe、Cu、Mo等金屬元素的化合物常被用作阻燃劑或抑煙劑，采用這些金屬及其化合物對海泡石表面改性，可以使海泡石具有阻燃抑煙的性能。其中，最常用的方法是沉淀法，把可溶性金屬鹽溶液與沉淀劑加入海泡石分散體系中，沉淀析出沉積在海泡石纖維表面，得到金屬及其化合物改性的海泡石。
　　
　　Palacios等以海泡石為載體，通過簡單的一鍋非均相沉淀法制備無定形納米酸性磷酸鋁，將制得的海泡石-磷酸鋁組分加入環氧樹脂，可改善復合材料的力學性能和阻燃性能。
　　
　　李妍采用沉淀法制備了鉬酸銅改性的海泡石，并且，將其作為EVA的阻燃劑。結果表明，當改性海泡石與膨脹石墨（EG）以質量比1:9復配時，LOI最高可以達到36.9%，抑煙性能較好。
　　
　　張海均采用水熱輔助共沉淀法制備了一種由Ni-Fe層狀雙金屬氫氧化物（LDH）自組裝在海泡石納米纖維（a-SEP）表面的一維多功能阻燃劑a-SEP＠LDH，發現，a-SEP＠LDH對環氧樹脂（EP）和植酸三聚氰胺鹽（PAMA）的阻燃性能和力學性能均有較大程度的提升。
　　
　　綜上所述，酸堿改性、表面活性劑改性、硅烷偶聯劑改性、有機物接枝改性和金屬及其化合物改性均是以改善海泡石的分散性或功能化為目的。選擇合適的改性方法可以為復合阻燃材料的研究提供理論基礎，而對復合改性及新的改性方法的研究將是未來的主要研究方向。
　　
　　資料來源：《張燾,劉勇,施式亮等.海泡石復合材料阻燃性能研究進展[J].塑料,2023,52(01):139-145+174》，由【粉體技術網】編輯整理，轉載請注明出處！