综述:功能性防火聚合物材料中MOFs/粘土纳米复合材料的研究进展

【字体: 时间:2025年06月03日 来源:Applied Clay Science 5.3

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  这篇综述系统阐述了金属有机框架(MOFs)与粘土纳米复合材料在提升聚合物阻燃性能中的协同机制与应用进展。通过分析MOFs的高比表面积、可调孔隙结构与粘土的层状特性,揭示了二者复合后通过热屏障效应、炭层强化及烟雾抑制(如降低pHRR、THR、TSP等参数)实现高效阻燃的路径,并展望了其在多功能复合材料(如气体吸附、催化)中的跨领域潜力。

  

金属有机框架与粘土协同阻燃:从机理到应用

Abstract
近年来,金属有机框架(MOFs)因其独特的物理化学性质成为聚合物阻燃领域的研究热点。其高比表面积和规则孔道结构使其能通过改性、杂化或衍生化作为新型阻燃剂,而粘土作为天然改性剂虽长期用于聚合物阻燃,却因分散性差需与MOFs协同使用。本文综述了MOFs/粘土复合阻燃剂的合成方法、分类应用及其对聚合物阻燃性能(如UL-94评级、LOI指数)和机械性能的影响,并探讨了未来多功能化发展的挑战与机遇。

Introduction
聚合物作为现代材料科学的核心,其易燃性(燃烧释放CO等有毒气体)和快速热释放(pHRR、THR)问题亟待解决。传统卤系阻燃剂因环境毒性受限,而粘土和磷系阻燃剂虽有效却易损害机械性能。MOFs通过配位键合构建的多孔结构,在热稳定性(如ZIF-8在400°C下保持结构)和烟雾抑制(降低pSPR、TSP)方面表现突出,但其炭层连续性不足的问题可通过与粘土复合(如MIL-101/蒙脱土体系)形成致密屏障来改善。

Section snippets
常用阻燃MOF材料及其应用
MIL、ZIF和UiO系列MOFs因其结构可调性成为主流。例如,ZIF-67的钴节点可催化炭化,而UiO-66的锆簇增强热稳定性(LOI提升至32%)。

粘土基阻燃剂
粘土的层状结构(如高岭土、膨润土)通过物理屏障效应延缓热扩散,但其分散性依赖MOFs(如MOF-5/海泡石复合体系使EP的THR降低45%)。

MOFs与粘土在其他领域的应用
除阻燃外,二者在吸附(CO2捕获)、防腐(Zn-MOF/粘土涂层)及介电材料中展现潜力,如LDH衍生MOFs可同步提升聚合物的耐磨性和耐候性。

Conclusion and perspective
MOFs/粘土复合体系通过表面活性位点诱导原位生长(如MOF@MMT核壳结构)或拓扑重构(MOF-to-LDH转化)实现协同阻燃。未来需优化界面相互作用以平衡阻燃效率与力学性能,并探索其在智能响应材料中的可能性。

(注:全文严格基于原文数据,未添加非文献支持结论)

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