由于传统的溴系阻燃剂和膨胀型阻燃剂在聚烯烃体系的应用中存在限制和缺陷，期望通过“协同阻燃”达到更为优异的综合性能。协同阻燃是指由两种或者两种以上组分构建成的阻燃体系，其综合阻燃效果优于各组分阻燃作用之和。其中纳米材料具有比表面积大、 体积效应和量子效应等特点，所以对聚合物/阻燃剂体系的阻燃效果、热稳定性和力学性能会产生意想不到的效果。纳米材料在较低的添加量下就能明显改善聚合物的阻燃性能，用少量纳米材料取代传统阻燃剂即可达到协同效果。下面主要介绍与本篇工作有紧密联系的层状纳米材料协同阻燃体系、碳纳米管协同阻燃体系和稀土化合物协同阻燃体系。
1 层状纳米材料协同阻燃体系
1.1 层状硅酸盐协同阻燃
最常见的层状硅酸盐是黏土。由于黏土极性较高，一般与聚合物之间的相容性较差，所以一般通过烷基铵盐等有机阳离子与黏土阳离子之间的交换反应来改善其与基体的相容性。改性后的黏土一般具有更大的层间距，这样更容易在加工过程中形成剥离结构，在基体中的分散 性也相对更好 。
将黏土和溴系阻燃剂共同使用，对基体有协同阻燃的效果。一方面，黏土在高温下形成的类氧化硅成分在燃烧过程中向表面迁移，使表面硅、氧元素富集，形成了阻挡层。这种保护层可以隔绝基体与外界之间的热传导，进而提高材料的阻燃性能。另一方面，黏土的硅酸盐片层结构以纳米尺度分散在高聚物中，可以限制高分子链的运动。这使材料受热时更容易保持原始形状，显示出更好的阻燃性能。
将溴系阻燃剂和黏土同时加入到丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）或尼龙6（PA6）基体中，会发生化学反应进一步提高阻燃剂的效率。黏土在 200 ºC 左右发生降解反应，分解产生的中间物可以与溴系阻燃剂反应生成三溴化锑，三溴化锑可以在气相中发挥高效的阻燃效果。将黏土与膨胀型阻燃剂共同使用时，除了黏土自身形成的片层结构可以用作保护层外，黏土中的酸性点也可以催化体系形成更致密的炭层，使材料的阻燃性能得到提高。
1.2 石墨烯协同阻燃
自从 2004 年石墨烯（Graphene）被首次报道以来，其独特的二维原子碳层结构吸引了研
究者的注意 。石墨烯具有很高的比表面积和固有强度，与传统填料相比，将其加入到聚合物中会出现更有效的增强效果。同时由于石墨烯的片层结构使其有望成为另一种纳米材料来取代部分阻燃剂进而提高材料的阻燃性能。与黏土类似，石墨烯在高聚物体系中也存在“屏障效应”，隔绝燃烧过程中基体内部和外界之间热和质的传递，延缓和抑制燃烧的进行。
石墨烯阻燃聚合物体系做了大量的研究。将石墨烯和膨胀型阻燃剂共同加入到聚丁二酸丁二醇酯（PBS）中，发现仅需将 2 wt%的磷系阻燃剂替换成石墨烯，就可以使材料通过 UL-94 V-0 级、极限氧指数（LOI）达 33.0 。石墨烯的加入可以明显提高膨胀型阻燃剂形成的炭层在高温条件下的稳定性，抑制降解产生气体的逸出，延缓了材料的受热氧化过程。与多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）相比，石墨烯呈现出更优异的协同阻燃效果。同时由于其特殊结构和“屏障效应”，石墨烯的加入在提高材料的热稳定性和机械性能等方面也表现得更加明显。
由于功能化石墨烯的片层结构和催化 CO 氧化的能力，降解过程中 CO 的总含量明显降低。有毒气体浓度的降低对真实火灾中人民的生命安全是非常重要的。
海量数据查询1.3 金属膦酸盐协同阻燃
金属膦酸盐是一种具有片层结构的有机-无机杂化物，结构与黏土类似。将层状金属膦酸盐添加至环氧树脂、聚丙烯酰胺和聚对苯二甲酸乙二酯(PET0)中，聚合物材料的机械性能
和热稳定性均有所提高。近年来，由于其片层结构和所含金属的催化成炭能力，金属膦酸盐在阻燃领域也得到应用。
1.3.1 碳纳米管协同阻燃体系环氧树脂阻燃剂
1991 年，日本 NEC 公司的电子显微镜专家 Iijima 在高分辨透射电子显微镜下发现了碳纳米管（CNTs）。它呈现出一层或多层石墨卷绕而成的中空筒形结构。CNTs 的长径比大，结构中大部分碳原子采用 sp 2 杂化，所以极性小、与聚烯烃有较好的相容性。只需在聚合物基体中加入少量的 CNTs，就可以形成网络结构，这种特性开发了 CNTs 在阻燃领域的潜力。已有多篇报道发现，CNTs 可以作为阻燃剂或阻燃协效剂应用于聚苯乙烯（PS）、乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）和聚甲基丙烯酸甲酯（EVA）等聚合物中。
激光内雕
形成接枝率高的核-壳结构（碳纳米管为核、膨胀型阻燃剂为壳）。将膨胀型阻燃剂包覆碳
纳米管（IFR-w-CNTs）加入至 ABS 或 PP 中，可以明显降低 MWNTs 的用量进而形成有效的网络结构。
静电线燃烧后材料的残炭更为致密，PHRR 明显降低，表现出显著的协同效应。当 IFR 与 CNTs 的比值为 1:2 时，协同效应达到最大。；更为重要的是， IFR-w-CNTs 在阻燃 PP 的同时，还起到很好的增强作用。
近年来，也有很多关于 CNTs 和层状结构纳米填料在聚合物协同阻燃方面的研究出现 。被广泛认同的阻燃机理是：纳米片层可以一定程度上覆盖 CNTs 形成的网络结构，起到“密封剂”的作用。在相同添加量情况下，可以使纳米材料的屏障阻隔效应发挥的更为突出，阻碍凝聚相和气相之间热和质的传递。
以上我们总结了层状纳米材料（黏土、石墨烯和金属膦酸盐）以及管状纳米材料（碳纳米管）在协同阻燃聚合物领域的概况。经过深入探讨后，很多研究都表明纳米材料在基体树脂中的分散性对于材料阻燃性能和力学性能都将产生至关重要的影响。分散性越好，纳米材料的阻隔和增强效应越为明显。所以也发展出很多改性碳纳米管和石墨烯的方法 ，包括共价功能化和非共价功能化。共价功能化是通过共价键加强基体和填料之间的界面作用力，
但是严格的实验条件和改性过程中大量有机试剂的使用可能有损纳米材料自身的结构和性能；非共价功能化（如包覆、吸引等）实验条件较为简单，但基体和填料之间界面作用力一般弱于共价功能化。可以看出，提高纳米材料在基体中的分散性有助于开发低烟高效聚合物阻燃材料。
压铸机料筒的设计1.3.2 稀土化合物协同阻燃体系
稀土元素包括 15 种镧系元素、钇（Y）和钪（Sc）共 17 种元素，它们具有类似的化学特性。由于其具有独特的光学、电学、磁力学、抗腐蚀和催化性能，稀土元素的应用引起了研究者的注意。从目前的研究情况来看，将稀土化合物运用到聚合物热稳定性和阻燃性能方面，主要是将其作为协效剂与传统阻燃剂共同使用。稀土氧化物有助于提高聚合物的阻燃性，主要因为它可以催化一些有机反应：加氢、脱氢和酯化等。
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