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高聚物阻燃劑
發(fā)布者:宏泰基  發(fā)布于:2019/2/20 8:31:57  點(diǎn)擊率:5089

高聚物受熱時,可分解產(chǎn)生出揮發(fā)性可燃物,當(dāng)可燃物濃度和物系溫度足夠高時,即可發(fā)生燃燒。所以高聚物的燃燒可分為熱氧降解和正常燃燒兩個過程。顯然,使高聚物受熱的熱源熱量應(yīng)足以使高聚物分解,且分解產(chǎn)生的可燃物的濃度應(yīng)達(dá)到燃燒極限,同時物系應(yīng)被加熱到點(diǎn)燃溫度,燃燒才能發(fā)生。而已被點(diǎn)燃的高聚物在點(diǎn)燃源移走后能否繼續(xù)燃燒,則取決于燃燒過程中的熱量平衡,當(dāng)燃燒產(chǎn)生的熱量大于燃燒各階段所需的總熱量時,高聚物的燃燒將繼續(xù)進(jìn)行,否則將熄滅。

普遍認(rèn)為聚合物的燃燒是由熱源、氧氣、可燃物及自由基反應(yīng)4個要素組成。從本質(zhì)上說,聚合物阻燃作用是通過阻止或減緩其中一個或幾個要素來實(shí)現(xiàn)的。主要包括6個方面:提高聚合物熱穩(wěn)定性、捕捉自由基終止鏈反應(yīng)、形成非可燃性保護(hù)膜、吸收熱量、產(chǎn)生高密度氣體隔離層、稀釋氧氣和可燃?xì)怏w。

至今被大家確認(rèn)的阻燃機(jī)理有:固相阻燃機(jī)理、氣相阻燃機(jī)理和協(xié)效阻燃機(jī)理:

固相阻燃機(jī)理:也稱作凝聚相阻燃機(jī)理,其基本要點(diǎn)是:

(1)添加的阻燃劑能夠在固相中延緩或終止聚合物熱分解產(chǎn)生的可燃?xì)怏w和自由基,即兩者間存在化學(xué)反應(yīng),且反應(yīng)在低于聚合物熱分解溫度下發(fā)生。

(2)填料型阻燃劑由于這些無機(jī)物具有較大的比熱容,因而起到蓄熱作用,又因非絕熱體,有可起導(dǎo)熱作用。因而聚合物不易達(dá)到熱分解溫度。

(3)添加吸熱后可分解的阻燃劑,能有效的阻止聚合物溫度升高而使溫度低于熱分解溫度。

(4)阻燃劑燃燒后可在聚合物表面生成多孔保護(hù)碳層,該層具有難燃、隔熱、隔氧作用,又能阻止可燃性氣體進(jìn)入燃燒氣相,致使燃燒中斷。

氣相阻燃機(jī)理:氣相阻燃是指對聚合物受熱分解產(chǎn)生的氣體的燃燒或?qū)鹧娣磻?yīng)產(chǎn)生的阻止作用,其基本要點(diǎn)是:

(1)阻燃劑受熱或燃燒過程中能生成細(xì)微粒子,這種粒子促進(jìn)燃燒過程中產(chǎn)生的自由基間相互作用,終止鏈反應(yīng)。

(2)阻燃劑在受熱分解時,能釋放出大量的惰性氣體,稀釋氧和氣態(tài)可燃物,并降低可燃?xì)怏w的溫度,終止鏈反應(yīng)。

(3)阻燃劑受熱后,只產(chǎn)生高密度蒸汽,這種蒸汽可覆蓋住聚合物分解出的可燃?xì)怏w,隔斷它與空氣和氧的接觸,從而阻止燃燒。

協(xié)效阻燃機(jī)理:為提高阻燃效率,常采用一種阻燃劑與另一種被稱為協(xié)效劑的并用,這種由兩種或以上組份組成的系統(tǒng)稱做協(xié)效阻燃系統(tǒng)。協(xié)效劑本身不一定是阻燃劑。協(xié)效系統(tǒng)的阻燃作用,往往大于由單一組份產(chǎn)生的阻燃作用之和,故也常稱為協(xié)同效應(yīng)(SE)。

阻燃效果的表征:

阻燃效果主要由自熄性和氧指數(shù)2個指標(biāo)表征。

自熄性:自熄時間越短,阻燃效果越好,單位一般用秒表示。

氧指數(shù):即物質(zhì)燃燒需要氧氣的百分含量。分極限氧指數(shù)(LOI)和臨界氧指數(shù)(COI),常用的為LOI。

含鹵素的橡膠(如氟橡膠,氯丁橡膠,CSM及CM)燃燒時,分解出脫鹵化氫(如HCl)及可燃性碳?xì)浠衔铮擕u化氫的溫度較聚合物主鏈斷裂成小分子產(chǎn)物的溫度要低,所以一般分解氯化氫要較分解出可燃性碳?xì)浠衔镆纾u化氫是不可燃的,可以阻隔氧氣,沖淡可燃性物質(zhì),起到阻燃作用。因此這種物質(zhì)難燃,有自熄性,是固有的阻燃材料。在一定范圍內(nèi),鹵素橡膠的鹵含量越高,其氧指數(shù)也越高。

阻燃體系:

可分為反應(yīng)型和添加型兩大類。

反應(yīng)型阻燃劑穩(wěn)定,阻燃作用持久,可避免噴霜、析出等問題,對高聚物物性影響小且毒性小,但操作及加工工藝比較復(fù)雜,實(shí)際應(yīng)用不普遍。

添加型阻燃劑是高聚物加工過程中與高聚物混合在一起。其熱分解溫度至少要高于高聚物加工成型溫度30℃,又可分為有機(jī)和無機(jī)兩大類。有機(jī)阻燃劑阻燃效果好,但毒性大,不符合無煙、低毒要求。無機(jī)阻燃劑熱穩(wěn)定性好,燃燒時無有害氣體產(chǎn)生,安全性高,又可作填充劑降低成本。常用的無機(jī)阻燃劑主要有氫氧化鋁、氫氧化鎂和氧化銻等。

鹵-銻協(xié)同體系:

多數(shù)認(rèn)為其阻燃機(jī)理為高溫下三氧化二銻Sb2O3能與氯(鹵)系阻燃劑分解出的HCl反應(yīng)生成三氯化銻,其在燃燒區(qū)內(nèi)發(fā)生分解,可捕獲在氣相中維持燃燒反應(yīng)的活潑自由基,減少反應(yīng)放熱量;三氯化銻蒸汽能長時間停留在燃燒區(qū),稀釋可燃?xì)怏w,且其蒸汽密度大,可其隔熱、隔氧作用;且其間發(fā)生鹵氧化銻的分解是吸熱反應(yīng),可降低聚合物溫度和分解速度。

另外,在更高的溫度下660℃,Sb2O3可以氣化。

金屬氫氧化物:

無機(jī)阻燃劑安全性高,即低煙、低毒。常用的無機(jī)阻燃劑主要是氫氧化鋁和氫氧化鎂。

氫氧化鋁(ATH):又名三水合氧化鋁,其阻燃機(jī)理是脫水、吸熱。分解放出的水不僅起到冷卻劑還可起到稀釋劑的作用。此外脫水生成的氧化鋁層,具有極高的表面積,能吸收煙和可燃物,降低材料燃燒時釋放的二氧化碳。

氫氧化鎂:其脫水反應(yīng)的溫度為340~490℃,當(dāng)受熱時,氫氧化鎂會釋放結(jié)晶水,吸收大量熱;分解產(chǎn)生的氧化鎂覆蓋可燃物表面,起到隔熱作用;水汽降低氣相區(qū)可燃物濃度。氫氧化鎂在聚合物中具有阻燃、消煙、填充功能。

與氫氧化鋁相比,氫氧化鎂的熱分解溫度高60℃,吸熱量高17%,抑煙能力也較優(yōu),對于加工溫度高的聚合物,氫氧化鎂比氫氧化鋁更適宜。

來源:宏泰基阻燃材料,宏泰基阻燃劑。轉(zhuǎn)載請注明出處。

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