海泡石是一种典型的层状硅酸盐黏土，其价格较低，而且储量丰富，原料易得。天然海泡石的比表面积较大，最高可达400m2/g，有利于改性剂和聚合物单体进入层间，提高海泡石与阻燃剂和聚合物基体的相容性。同时，海泡石具有较好的热稳定性和一定的力学强度，可以作为填料填充聚合物，改善聚合物的阻燃性能和力学性能。除此以外，海泡石还可以与膨胀阻燃剂发挥协同阻燃作用，促进炭层的形成，使炭层更加致密均匀，从而更好地抑制了燃烧过程中气体的溢出和热量的传递。
　　
　　天然海泡石虽然具有诸多优异的性能，但是，其作为无机黏土与有机高分子材料的相容性较差，直接添加，易产生团聚现象，影响了材料的阻燃性能。需要对海泡石进行表面改性解决该问题。
　　
　　改性海泡石在高聚物中的分散性得到显著提高，复合材料的阻燃性能、力学性能均能得到一定改善。目前，海泡石的改性方法主要有酸碱改性、表面活性剂改性、硅烷偶联剂改性、有机物接枝改性、金属及其化合物改性等。
　　
　　1、酸碱改性
　　
　　酸碱改性是海泡石常用的改性方法之一，通常与热处理同时使用，可以作为有机改性的前提。酸碱改性能增大海泡石的比表面积及孔隙率，提高海泡石的离子交换容量和表面羟基的数量。在阻燃领域中，通常采用盐酸、硫酸等强酸和氢氧化钠等强碱作为海泡石的改性剂。
　　
　　Yan等采用盐酸对海泡石进行改性，研究了盐酸浓度、酸化温度和酸化时间，3个因素对海泡石的影响，结果表明，当盐酸浓度为4moL/L、酸化时间为6h、酸化温度为313.15K时，改性海泡石对于硬脂酸的吸附能力最强。酸处理后，除去了海泡石的杂质，晶体结构较完好。添加了酸改性海泡石的复合材料的热稳定性得到显著增强。
　　
　　谢厦等采用酸碱复合改性方法处理海泡石，并且，通过对比改性前后海泡石的性质可知，改性海泡石的比表面积、平均孔径及孔容分别增大了66.06%、15.69%和34.76%。改性海泡石的可交换性离子含量显著增大，分散性得到提高。
　　
　　2、表面活性剂改性
　　
　　表面活性剂改性是海泡石的有机改性方法之一。表面活性剂由于同时具有亲水的极性基团和亲油的非极性基团，可以使天然海泡石的亲水性转变为亲油性，提高了海泡石与聚合物基体的相容性。离子型表面活性剂可以与海泡石进行离子交换，进一步增大了海泡石的层间距，有利于海泡石纤维的剥离。离子改性剂是海泡石表面活性剂改性中最常用的试剂，利用海泡石层间阳离子的可交换性，改性剂可以进入海泡石的层间，扩大了层间距，提高了黏土的亲油性。
　　
　　Li等利用十四烷基三甲基溴化铵（TTAB）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和十八烷基三甲基溴化铵（OTAB）对天然海泡石进行离子交换改性。研究表明，随着烷基链长度的增加，海泡石的比表面积由297.8m2/g增大至698.6m2/g，总孔容由0.840cm3/g增大至3.080cm3/g。改性后的海泡石从亲水性转变为亲油性，提高了改性海泡石与聚合物基体的相容性，从而提升了海泡石的阻燃性能。
　　
　　新型表面活性剂的研究可以增大海泡石改性的应用范围。Verge等以可再生腰果壳油（CNSL）生成的3-烷基酚缩水甘油醚作为原料，合成了一种新型的氨基表面活性剂PkH+，并且，将其作为改性剂对海泡石进行改性。结果表明，双酚Ａ型缩水甘油醚（DGEBA）单元能够较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。
　　
　　通过优化海泡石的改性工艺能够降低成本，促进海泡石在阻燃领域的产业化。Zhuang等提出了一种一步提纯和有机改性海泡石的方法，节约了资源的使用，减少了污染的排放。有机表面活性剂同时作为改性剂、絮凝剂使用，并且，其没有改变海泡石的晶体结构，有机改性剂的有效包覆提高了有机海泡石的亲油性。
　　
　　3/硅烷偶联剂改性
　　
　　硅烷偶联剂改性海泡石的过程中，甲氧基或乙氧基先水解生成羟基，与海泡石表面的羟基发生缩合反应，反应基团接枝在海泡石表面，反应基团与聚合物基体反应生成化学键。与通过氢键和范德华力的结合成键相比，采用偶联剂成键的海泡石复合材料界面结合更加紧密，海泡石在有机高分子材料中的分散性及两者的相容性更佳，因此，硅烷偶联剂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）对海泡石进行硅烷化。研究表明，添加硅烷改性海泡石后，与未改性海泡石样品的拉伸强度（8.2MPa）相比，乙烯-醋酸乙烯（EVA）复合材料的拉伸强度显著提高，其值为14.1MPa，同时，改性的海泡石填料在EVA中的分散性更佳。
　　
　　除此以外，由于硅烷偶联剂改性引入了新的基团，赋予海泡石新的性能，例如，较好的抗冲性、阻燃性、耐腐蚀性和自洁性等，海泡石阻燃材料在特殊环境下的应用更加广泛。Chen等利用含氟聚硅氧烷（FPOS）改性的海泡石与环氧树脂（EP）制备了一种具有自洁性的超双疏（疏水疏油）涂料。该涂层对水、普通液体和油均具有较好的排斥性能，同时还具有较好的抗冲击性能和耐腐蚀性能。
　　
　　不同条件下，硅烷改性的效果存在差异。Mazloom等研究了海泡石硅烷改性的过程。将甲基丙烯氧基丙基三甲氧基硅烷（γ-MPS）作为偶联剂，分别在酸性乙醇水溶液和碱性环己烷条件下对纳米颗粒进行改性。结果表明，碱性条件下的硅烷化改性接枝率约为酸性条件的2倍，这是由于，碱性条件下，硅烷偶联剂的排列垂直于表面；而酸性条件下，由于氢键作用，硅烷偶联剂与表面平行。
　　
　　4、有机物接枝改性
　　
　　有机物接枝改性通常是基于硅烷偶联剂改性进行的。硅烷偶联剂改性海泡石的表面接枝活性官能团，然后，通过化学反应将阻燃剂分子接枝在海泡石上，制备阻燃功能化海泡石。与物理混合相比，通过接枝的方法连接在海泡石上的阻燃剂分子的分散性较高，能够充分发挥海泡石与阻燃剂的协同效应。
　　
　　Jiang等将9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物（DOPO）与海泡石进行接枝改性，得到复合材料SEP-DOPO，并且，将SEP-DOPO作为阻燃剂引入至聚乳酸（PLA）中，阻燃性能实验表明，当SEP-DOPO为10%时，PLA的极限氧指数（LOI）值从20.2%提高至31.5%，UL94测试达到V-0级，释热速率峰值（PHRR）降低了40.7%。
　　
　　Zhang等采用季戊四醇二膦酸二氯六亚甲基二胺（PSPHD）对海泡石进行接枝改性，得到阻燃改性海泡石纳米纤维（PSPHD-SEP），再与低密度聚乙烯（LDPE）复合，得到纳米复合材料。研究表明，接枝改性改善了聚酯纤维的多步热降解过程，提高了复合材料的热稳定性。与纯LDPE相比，添加5%PSPHD-SEP的样品在80℃和25℃时的拉伸强度分别提高了58%和95%。
　　
　　5、金属及其化合物改性
　　金属及其化合物改性海泡石在阻燃领域中是一种发展较慢的改性方法。Mg、Al、Fe、Cu、Mo等金属元素的化合物常被用作阻燃剂或抑烟剂，采用这些金属及其化合物对海泡石表面改性，可以使海泡石具有阻燃抑烟的性能。其中，最常用的方法是沉淀法，把可溶性金属盐溶液与沉淀剂加入海泡石分散体系中，沉淀析出沉积在海泡石纤维表面，得到金属及其化合物改性的海泡石。
　　
　　Palacios等以海泡石为载体，通过简单的一锅非均相沉淀法制备无定形纳米酸性磷酸铝，将制得的海泡石-磷酸铝组分加入环氧树脂，可改善复合材料的力学性能和阻燃性能。
　　
　　李妍采用沉淀法制备了钼酸铜改性的海泡石，并且，将其作为EVA的阻燃剂。结果表明，当改性海泡石与膨胀石墨（EG）以质量比1:9复配时，LOI最高可以达到36.9%，抑烟性能较好。
　　
　　张海均采用水热辅助共沉淀法制备了一种由Ni-Fe层状双金属氢氧化物（LDH）自组装在海泡石纳米纤维（a-SEP）表面的一维多功能阻燃剂a-SEP＠LDH，发现，a-SEP＠LDH对环氧树脂（EP）和植酸三聚氰胺盐（PAMA）的阻燃性能和力学性能均有较大程度的提升。
　　
　　综上所述，酸碱改性、表面活性剂改性、硅烷偶联剂改性、有机物接枝改性和金属及其化合物改性均是以改善海泡石的分散性或功能化为目的。选择合适的改性方法可以为复合阻燃材料的研究提供理论基础，而对复合改性及新的改性方法的研究将是未来的主要研究方向。
　　
　　资料来源：《张焘,刘勇,施式亮等.海泡石复合材料阻燃性能研究进展[J].塑料,2023,52(01):139-145+174》，由【粉体技术网】编辑整理，转载请注明出处！