Page 35 - 《精细化工》2022年第1期

第 1 期 鲍 艳，等: 水滑石的制备及其阻燃性能研究进展 ·25·

性、效率低或与基体相容性差等问题。而无机阻燃 力、静电作用等组装而成 [22] 。LDHs 的主体层板化
剂具有热稳定性好、不挥发、效果持久、价格便宜 学组成与其层板阳离子特性、层板电荷密度或阴离
等特点，且易于将具有阻燃效果的元素结合在一起， 子交换量、超分子插层结构等密切相关。通常，只
近年来备受关注。 要金属阳离子具有合适的离子半径和电荷数，均可
水滑石（LDHs）是一类层状双金属氢氧化物， 形成 LDHs 层板。LDHs 的通用化学表达式为
2
2+
其在阻燃、能源、环境、防腐以及生物医学等领域   M 1 x 3 x  M OH  2  x [ A n / x n  m H O] x ，其中，M 、
2
受到了越来越多的关注，相关研究在国际期刊上的 M 分别代表二价金属阳离子、三价金属阳离子，金
3+
发文量呈逐年上升的趋势。在阻燃领域，LDHs 作 属阳离子与羟基配位形成的共边八面体构成了带正
为一类无机阻燃剂具有无卤、无毒、绿色环保的特 电荷的层板。A 为插入 LDHs 层间的阴离子，A n–
n–
点 [18] ，与氢氧化铝和氢氧化镁等常见的无机阻燃剂 与水分子通过非共价键作用力进入 LDHs 层间，维
相比（如表 1 所示），LDHs 兼具氢氧化铝和氢氧化 持 LDHs 层板结构的稳定性；x 为层板金属元素中三
镁优异的抑烟性能，同时因其独特的二维层状结构， 价金属阳离子与总的金属阳离子的物质的量比，x
具有优异的物理屏蔽效果，可有效隔绝 O 2 、热量以 在 0.20~0.33 之间时能得到结构完整的 LDHs [23] 。
及可燃性气体的输送，因而 LDHs 具有更优的阻燃 LDHs 的具体结构如图 1 所示。
抑烟性能。此外，LDHs 结构可调，且可通过阳离子
掺杂、阴离子插层、表面改性等多种途径来进一步提
升其阻燃性能，因此 LDHs 比常见阻燃剂更具优势。

表 1 LDHs 与其他常见无机阻燃剂优缺点对比
Table 1 Comparison of advantages and disadvantages of LDHs
with other common inorganic flame retardants
阻燃剂 优点 缺点
氢氧化镁 无毒、抑烟性能优异 阻燃效率低、加载量
大、与基体相容性差
氢氧化铝 无毒、抑烟性能优异 阻燃效率低、加载量
大、与基体相容性差
红磷 阻燃效率高、用量少、发烟 吸潮、摩擦碰撞时易
量低、毒性小 爆炸
LDHs 无毒、抑烟性能优异、物理 与基体相容性差
屏蔽效果优异，阻燃效率相
对较高、结构可调性好

目前，LDHs 已广泛用于提升聚合物、木材、 图 1 LDHs 的结构示意图 [24]
织物等的阻燃性能 [19-20] 。虽然 LDHs 的工业化生产 Fig. 1 Structure of LDHs [24]
已经实现，但现有 LDHs 大多为镁铝水滑石，阻燃
2+
目前，形成 LDHs 的二价金属阳离子多为 Mg 、
性能有限，且 LDHs 与聚合物基体相容性差，需要
2+
2+
2+
2+
较高用量才能实现良好的阻燃抑烟效果。基于此， Ni 、Co 、Zn 、Cu 等，三价金属阳离子多为
3+
3+
3+
高野等 [21] 从提升 LDHs 在聚合物基体中的相容性与 Al 、Cr 、Fe 等，表 2 列举了部分 LDHs 的金属
–
2–
分散性角度出发，总结了阻燃聚合物/LDHs 纳米复 离子组成。LDHs 的层间阴离子则多为 CO 3 、NO 3 、
2–
3–
–
–
合材料的研究进展。本文则主要从改变 LDHs 自身 Cl 、OH 、SO 4 、PO 4 等。LDHs 的结构与功能可调
结构的角度出发，重点从层板阳离子掺杂、层间阴 性好，其主体层板的元素种类及组成比例、层间客
离子插层和表面改性等方面综述了提高 LDHs 阻燃 体阴离子的种类及数量、二维孔道的结构、插层组装
性能的途径，并对不同结构 LDHs 的阻燃机理及阻 体的粒径尺寸和分布等均可根据功能需求进行调节。
燃性能进行了归纳总结，以期为 LDHs 类阻燃剂的
发展及相关研究者提供指导。 2 水滑石的制备方法
目前，LDHs 的制备工艺已经较为成熟，常用
1 水滑石的结构
的制备方法主要有共沉淀法、尿素分解法、水热法、
LDHs 是一类阴离子型层状材料，由带正电荷 焙烧复原法、离子交换法和模板法，各种方法的制
的层板和层间阴离子通过非共价键如氢键、范德华 备原理及优缺点总结如表 3 所示。