纳米复合材料是指其中分散相尺寸至少有一维小于100 nm 的复合材料。由于纳米分散相的纳米尺度效应、大的比表面积以及强的界面相互作用，纳米复合材料的性能要优于常规复合材料。因此，制备纳米复合材料是获得高性能复合材料的重要方法之一。具有特殊层状结构的一些无机材料与聚合物复合制备的纳米复合材料，具有优良的热、力学、加工和阻燃等性能[1-3]，从而成为近年来新材料和功能材料领域中研究的热点之一，其中包括针对高抗冲聚苯乙烯(HIPS)纳米复合材料的制备及性能研究。
高抗冲聚苯乙烯是一种具有优良加工性能的工程塑料。它克服了通用聚苯乙烯(PS)冲击强度低的缺点，具有良好的尺寸稳定性、电绝缘性和刚性，且加工性能优良，因此，在电子电器等行业得到了广泛的应用。然而，HIPS 树脂及其制品很容易燃烧，且燃烧时释放大量黑烟，具有潜在的火灾隐患，因此，其阻燃等级需要达到一个更高的水平，如美国要求达到UL94 V-0 级别，欧洲要求达到UL94 V-2 级别。对于环保型阻燃HIPS 来说，大多采用含磷阻燃体系，同时与适量的酚醛树脂或金属氢氧化物（如氢氧化镁、氢氧化铝）复配使用来提高阻燃效率。近年来也发现采用熔融插层法制备的HIPS/有机蒙脱土（OMT）复合材料具有阻燃性，是一种环境友好的新型阻燃材料。但OMT 本身不是阻燃剂，因此与聚合物形成的复合材料的阻燃性能有限，所以还需要与其他阻燃剂协同使用才能够取得良好的阻燃效果。目前聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料(PLSn)已成为复合材料发展的热点之一，这是因为层状硅酸盐特殊的片层结构，可以使聚合物高分子链插入到粘土的片层之间，而该空间是比较典型的受限空间，从而在阻燃方面起了较大作用。通常有关PLSn 的研究大部分利用天然粘土，如蒙脱土。然而，天然粘土主要依靠自然沉积，其四面体和八面体片层上均存在多种同晶取代，所以实际上是由多种结构组分和不同粒子大小共存的混合物，再加上不可避免的杂质存在，由此造成化学成分不固定，显然影响它的应用范围，也给研究粘土在PLSn 中的阻燃机理带来不便。所以，合成晶体结构单一、组分可调的新型层状无机盐具有现实意义，特别有利于阻燃机理研究，以进一步获得阻燃性能更加优化的纳米复合材料。磷酸锆类化合物是近年发展起来的一类新型多功能介孔材料，是层状固体酸材料家族中研究最多的对象之一。磷酸锆本身具有固体酸催化功能，并且以层内空间作为反应器。因反应物或产物形状不同，导致它们进出层间的动力学过程不同，从而磷酸锆在催化反应过程中出现形状选择性。磷酸锆的催化性能不仅在于它本身的酸性，更重要的在于其它客体(或者柱撑剂)嵌入后得到的复合材料。一方面，这些复合结构使磷酸锆的酸性具有可调变性、改善了孔道结构的几何特性和择形性能；另一方面，磷酸锆可以通过各种手段引入各类不同的活性物质，以制备不同用途的催化剂和催化剂载体，使其具有复合催化性能，因此，对这类复合材料的研究必将具有很广阔的发展前景。
在本研究中，分别以自制的十六烷基三甲基溴化铵（C16）改性的有机改性磷酸锆（OZrP）和二茂铁（Fc）插层的磷酸锆（Fc-ZrP）为例，采用熔融共混法制备HIPS/OZrP 和HIPS/Fc-ZrP 复合材料。本文具体讨论了HIPS/OZrP 和HIPS/Fc-ZrP 复合材料的结构、燃烧性能及燃烧残留物形貌的关系。结果表明，形成了层离/插层的HIPS/OZrP 纳米复合材料，其纳米尺寸效应、阻隔效应和磷酸锆的固体酸催化效应协同改善了体系的阻燃性能。磷酸锆的催化作用主要是其层间存在着活性酸位点，这些催化活性中心在HIPS 的降解中
起到一定的作用，促进形成更加稳定的炭层，达到提高阻燃效果的目的。OZrP 对HIPS 阻燃性能的改善作用大于Fc-ZrP 对HIPS 的作用，这是因为HIPS 和OZrP 形成了纳米复合材料而HIPS 和Fc-ZrP 形成的是微米复合材料。