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阻燃劑原理

阻燃劑原理
阻燃劑，賦予易燃聚合物難燃性的功能性助劑，主要是針對高分子材料的阻燃設計的；阻燃劑有多種類型，按使用方法分為添加型阻燃劑和反應型阻燃劑。
添加型阻燃劑是通過機械混合方法加入到聚合物中，使聚合物具有阻燃性的，目前添加型阻燃劑主要有有機阻燃劑和無機阻燃劑，鹵系阻燃劑（有機氯化物和有機溴化物）和非鹵。有機是以溴系、磷氮系、氮系和紅磷及化合物為代表的一些阻燃劑，無機主要是三氧化二銻、氫氧化鎂、氫氧化鋁，硅系等阻燃體系。
為能夠增加高分子材料耐燃性的物質，主要用于高分子材料如塑料，橡膠、纖維等，而這些材料大多數(shù)是可以燃燒的。特別是塑料，要將其應用在交通運輸、建筑、電工器材、航空、宇宙飛行等方面，就迫切需要解決其耐燃燒問題。阻燃劑的使用一般應具備以下幾個條件：不降低高分子材料的物性，如耐熱性、機械強度、電氣性能;分解溫度不應太高，但在加工溫度下又不能分解;耐久性好;耐候性好;價廉。
一般來講有機阻燃具有很好的親和力，在塑料中，溴系阻燃劑在有機阻燃體系中占據(jù)絕對優(yōu)勢，雖然在環(huán)保問題上“非議”多端但一直難以有其他阻燃劑體系取代。
在非鹵素阻燃劑中紅磷是一種較好的阻燃劑，具有添加量少、阻燃效率高、低煙、低毒、用途廣泛等優(yōu)點；紅磷與氫氧化鋁、膨脹性石墨等無機阻燃劑復配使用，制成復合型磷/鎂；磷/鋁；磷/石墨等非鹵阻燃劑，可使用阻燃劑量大幅降低，從而改善塑料制品的加工性能和物理機械性能。但普通紅磷在空氣中易氧化、吸濕，容易引起粉塵爆炸，運輸困難，與高分子材料相溶性差等缺陷，應用范圍受到了限制。為彌補這方面不足，可采用了微膠囊包覆工藝，使之成為微膠囊化紅磷。微膠囊化紅磷除克服了紅磷固有的弊端外，并具有高效，低煙，在加工中不產(chǎn)生有毒氣體，其分散性、物理、機械性能、熱穩(wěn)定性及阻燃性能均有提高和改善。
反應型阻燃劑則是作為一種單體參加聚合反應，因此使聚合物本身含有阻燃成分的，其優(yōu)點是對聚合物材料使用性能影響較小，阻燃性持久。
生成可與塑料起反應的游離基，起阻燃作用。它們與塑料的反應產(chǎn)物之燃燒性能極差。
產(chǎn)生一種能悶熄火焰的氣體。如三氧化二銻，它在PVC中遇到因燃燒發(fā)出的HCL時就起反應生成一種悶熄性氣體，即銻的氮氧化物。
提供一層與氧氣隔絕的涂層。如磷酸酯類阻燃劑燃燒時生成的磷化物即是隔氧的涂層。
吸收燃燒時產(chǎn)生的熱量，起冷卻減慢燃燒速率的作用。如氫氧化鋁，它分子中所含化學締合水的比例高達34%，這種締合水在大多數(shù)塑料的加工溫度下保持穩(wěn)定，但超過200℃時開始分解，釋放出水蒸汽。而且每分解一克分子氫氧化鋁，要吸收36千卡熱量。
阻燃機理
阻燃劑的作用機理比較復雜，尚未十分明了。一般認為，鹵素化合物遇火受熱發(fā)生分解反應，分解出的鹵素離子與高分子化合物反應產(chǎn)生鹵化氫。后者與高分子化合物燃燒過程中大量增殖的活潑羥基游離基(HO·)反應，使其濃度降低，燃燒速度減慢，直到火焰熄滅。鹵素中，溴的阻燃作用比氯大。含磷阻燃劑的作用在于它們?nèi)紵龝r形成偏磷酸，偏磷酸聚合成非常穩(wěn)定的多聚態(tài)，成為塑料的保護層而將氧隔絕。
阻燃劑是通過若干機理發(fā)揮其阻燃作用的，如吸熱作用、覆蓋作用、抑制鏈反應、不燃氣體的窒息作用等。多數(shù)阻燃劑是通過若干機理共同作用達到阻燃目的。
1、吸熱作用
任何燃燒在較短的時間所放出的熱量是有限的，如果能在較短的時間吸收火源所放出的一部分熱量，那么火焰溫度就會降低，輻射到燃燒表面和作用于將已經(jīng)氣化的可燃分子裂解成自由基的熱量就會減少，燃燒反應就會得到一定程度的抑制。在高溫條件下，阻燃劑發(fā)生了強烈的吸熱反應，吸收燃燒放出的部分熱量，降低可燃物表面的溫度，有效地抑制可燃性氣體的生成，阻止燃燒的蔓延。Al(OH)3阻燃劑的阻燃機理就是通過提高聚合物的熱容，使其在達到熱分解溫度前吸收更多的熱量，從而提高其阻燃性能。這類阻燃劑充分發(fā)揮其結合水蒸汽時大量吸熱的特性，提高其自身的阻燃能力。
2、覆蓋作用
在可燃材料中加入阻燃劑后，阻燃劑在高溫下能形成玻璃狀或穩(wěn)定泡沫覆蓋層，隔絕氧氣，具有隔熱、隔氧、阻止可燃氣體向外逸出的作用，從而達到阻燃目的。如有機磷類阻燃劑受熱時能產(chǎn)生結構更趨穩(wěn)定的交聯(lián)狀固體物質或碳化層。碳化層的形成一方面能阻止聚合物進一步熱解，另一方面能阻止其內(nèi)部的熱分解產(chǎn)生物進入氣相參與燃燒過程。
3、抑制鏈反應
根據(jù)燃燒的鏈反應理論，維持燃燒所需的是自由基。阻燃劑可作用于氣相燃燒區(qū)，捕捉燃燒反應中的自由基，從而阻止火焰的傳播，使燃燒區(qū)的火焰密度下降，終使燃燒反應速度下降直至終止。如含鹵阻燃劑，它的蒸發(fā)溫度和聚合物分解溫度相同或相近，當聚合物受熱分解時，阻燃劑也同時揮發(fā)出來。此時含鹵阻燃劑與熱分解產(chǎn)物同時處于氣相燃燒區(qū)，鹵素便能夠捕捉燃燒反應中的自由基，干擾燃燒的鏈反應進行。
4、不燃氣體窒息作用
阻燃劑受熱時分解出不燃氣體，將可燃物分解出來的可燃氣體的濃度沖淡到燃燒下限以下。同時也對燃燒區(qū)內(nèi)的氧濃度具有稀釋的作用，阻止燃燒的繼續(xù)進行，達到阻燃的作用。szGnue9c7


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