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1、阻燃劑阻燃機(jī)理總結(jié)EditedByShanKer聚合物的燃燒是一個(gè)非常激烈復(fù)雜的熱氧化反應(yīng)，具有冒發(fā)濃煙或熾烈火焰的特征。燃燒的一般過程是在外界熱源的不斷加熱下，聚合物先與空氣中的氧發(fā)生自由基鏈?zhǔn)浇到夥磻?yīng)，產(chǎn)生揮發(fā)性可燃物，該物達(dá)到一定濃度和溫度時(shí)就會(huì)著火燃燒起來，燃燒所放出的一部分熱量供給正在降解的聚合物，進(jìn)一步加劇其降解，產(chǎn)生更多的可燃性氣體，火焰在很短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)迅速蔓延而造成一場(chǎng)大火。阻燃劑是一類能夠阻止塑料引燃或抑制火焰?zhèn)鞑サ闹鷦?。根?jù)其使用方法可分為添加型和反應(yīng)型兩類，添加型阻燃劑是在塑料的加工過程中摻入塑
2、料中，多用于熱塑性塑料。反應(yīng)型阻燃劑是在聚合物合成過程中作為單體化學(xué)鍵合到聚合物分子鏈上，多用于熱固性塑料，有些反應(yīng)型阻燃劑也可用作添加型阻燃劑。按照化學(xué)結(jié)構(gòu)，阻燃劑又可分為無機(jī)和有機(jī)兩類，在這些化合物中多含有鹵素和磷，有的含有銻、硼、鋁等元素。1.阻然劑的阻燃效應(yīng)阻燃劑的阻燃作用就是在聚合物材料的燃燒過程中能阻止或抑制其物理或化學(xué)變化的速度，具體說來，這些作用體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。(1)吸熱效應(yīng)：其作用是使高聚物材料的溫度上升發(fā)生困難，例如，硼砂具有10個(gè)分子的結(jié)晶水，由于釋放出結(jié)晶水要奪取141。8kJ/mol熱量，
3、因其吸熱而使材料的溫度上升受到了抑制，從而產(chǎn)生阻燃效果。水合氧化鋁的阻燃作用也是因其受熱脫水產(chǎn)生吸熱效應(yīng)的緣故。另外，一些熱塑性聚合物裂解時(shí)常產(chǎn)生的熔滴，因能離開燃燒區(qū)移走反應(yīng)熱，也能發(fā)揮一定的阻燃效果。(2)覆蓋效應(yīng)：其作用是在較高溫度下生成穩(wěn)定的覆蓋層，或分解生成泡沫狀物質(zhì)，覆蓋于高聚物材料的表面，使燃燒產(chǎn)生的熱量難以傳入材料內(nèi)部，使高聚物材料因熱分解而生成的可燃性氣體難于逸出，并對(duì)材料起隔絕空氣的作用，從而抑制材料裂解，達(dá)到阻燃的效果。如磷酸酯類化合物和防火發(fā)泡涂料等可按此機(jī)理發(fā)揮作用。(3)稀釋效應(yīng)：此類物質(zhì)在
4、受熱分解時(shí)能夠產(chǎn)生大量的不燃性氣體，使高聚物材料所產(chǎn)生的可燃性氣體和空氣中氧氣被稀釋而達(dá)不到可燃的濃度范圍，從而阻止高聚物材料的發(fā)火燃燒。能夠作為稀釋氣體的有CO2，NH3，HCl和H2O等。磷酸胺、氯化胺、碳酸胺等加熱時(shí)就能產(chǎn)生這種不燃性氣體。(4)轉(zhuǎn)移效應(yīng)：其作用是改變高聚物材料熱分解的模式，從而抑制可燃性氣體的產(chǎn)生。例如，利用酸或堿使纖維素產(chǎn)生脫水反應(yīng)而分解成為炭和水，因?yàn)椴划a(chǎn)生可燃性氣體，也就不能著火燃燒。氯化胺、磷酸胺、磷酸酯等能分解產(chǎn)生這類物質(zhì)，催化材料稠環(huán)炭化，達(dá)到阻燃目的。(5)抑制效應(yīng)(捕捉自由基)：
5、高聚物的燃燒主要是自由基連鎖反應(yīng)，有些物質(zhì)能捕捉燃燒反應(yīng)的活性中間體HO·、H·、·O·、HOO·等，抑制自由基連鎖反應(yīng)，使燃燒速度降低直至火焰熄滅。常用的溴類、氯類等有機(jī)鹵素化合物就有這種抑制效應(yīng)。(6)增強(qiáng)效應(yīng)(協(xié)同效應(yīng))：有些材料，若單獨(dú)使用并無阻燃效果或阻燃效果不大，多種材料并用就可起到增強(qiáng)阻燃的效果。三氧化二銻與鹵素化合物并用，就是最為典型的例子。其結(jié)果是，不但可以提高阻燃效率，而且阻燃劑的用量也可減少。2.阻燃機(jī)理材料的阻燃性，常通過氣相阻燃、凝聚相阻燃及中斷熱交換阻燃等機(jī)理實(shí)現(xiàn)。抑制促進(jìn)燃燒反應(yīng)鏈增長(zhǎng)的自
6、由基而發(fā)揮阻燃功能的屬氣相阻燃；在固相中延緩或阻止高聚物熱分解起阻燃作用的屬凝聚相阻燃；將聚合物燃燒產(chǎn)生的部分熱量帶走而導(dǎo)致的阻燃，則屬于中斷熱交換機(jī)理類的阻燃。但燃燒和阻燃都是十分復(fù)雜的過程，涉及很多影響和制約因素，將一種阻燃體系的阻燃機(jī)理嚴(yán)格劃分為某一種是很難的，實(shí)際上很多阻燃體系同時(shí)以幾種阻燃機(jī)理起作用。2.1氣相阻燃機(jī)理氣相阻燃系統(tǒng)指在氣相中使燃燒中斷或延緩鏈?zhǔn)饺紵磻?yīng)的阻燃作用，下述幾種情況下的阻燃都屬于氣相阻燃。(1)阻燃材料受熱或燃燒時(shí)能產(chǎn)生自由基抑制劑，從而使燃燒鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中斷。(2)阻燃材料受熱或燃燒時(shí)
7、生成細(xì)微粒子，它們能促進(jìn)自由基相互結(jié)合以中止鏈?zhǔn)饺紵磻?yīng)。(3)阻燃材料受熱或燃燒時(shí)釋放出大量的惰性氣體或高密度蒸氣，前者可稀釋氧和氣態(tài)可燃物，并降低此可燃?xì)獾臏囟?，致使燃燒中止；后者則覆蓋于可燃?xì)馍?，隔絕它與空氣的接觸，因而使燃燒窒息。可揮發(fā)性、低沸點(diǎn)的含磷化合物，諸如三烷基氧化磷(R3PO)，屬于氣相阻燃劑。質(zhì)譜分析表明，三苯基膦酸酯和三苯基膦氧在火焰中裂解成自由基碎片，這些自由基像鹵化物一樣捕獲H·及O·游離基，從而起到抑制燃燒鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的作用。在紅磷的燃燒和裂解中，也形成P·，它們和聚合物中的氧發(fā)生反應(yīng)生成磷酸酯
8、結(jié)構(gòu)。此外，膨脹阻燃體系也可能在氣相中發(fā)揮作用，其中的胺類化合物遇熱可分解產(chǎn)生NH3、H2O和NO，前兩種氣體可稀釋火焰區(qū)的氧濃度，后者可使燃燒賴以進(jìn)行的自由基淬滅，致使鏈反應(yīng)終止。2.2凝聚相阻燃機(jī)理這是指在凝聚相中延緩或中斷阻燃材料熱分解而產(chǎn)生的阻燃作用，下述幾種情況的阻燃均屬于凝聚相阻燃。(1)阻燃劑在凝聚相中延緩或阻止可產(chǎn)
