阻燃劑是一種能防止材料被引燃或抑制火焰?zhèn)鞑サ闹鷦a槍?duì)燃燒反應(yīng)和燃燒機(jī)理,阻燃劑大致有以下幾類阻燃機(jī)理:
阻燃機(jī)理:
①、凝聚相阻燃機(jī)理
②、自由基捕獲機(jī)理
③、冷卻機(jī)理
④、不燃性氣體機(jī)理
⑤、協(xié)同作用機(jī)理
阻燃是個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程,實(shí)際上很多阻燃體系是同時(shí)有多種阻燃機(jī)理在起作用。
①、凝聚相阻燃機(jī)理
高溫下阻燃劑在聚合物表面形成凝聚相,隔絕空氣、阻止熱傳遞、降低可燃性氣體釋放量,從而達(dá)到阻燃目的。
A、玻璃狀保護(hù)膜
阻燃劑在燃燒溫度下分解成為不揮發(fā)、不氧化的玻璃狀薄膜,覆蓋在材料的表面上,隔離空氣(或氧),從而達(dá)到阻燃的目的。硼系和磷系阻燃劑具有類似機(jī)理。
B、隔熱焦炭層
阻燃劑在燃燒溫度下使材料表面脫水炭化,形成一層多孔性隔熱焦炭層,從而阻止熱的傳導(dǎo)而起到阻燃作用。 如磷系阻燃劑對(duì)含氧聚合物的阻燃作用即是此機(jī)理。
②、自由基捕獲機(jī)理
在聚合物燃燒過(guò)程中,大量生產(chǎn)的游離基HO·和H·促進(jìn)氣相燃燒反應(yīng)。如能設(shè)法捕獲并消滅這些游離基,切斷自由基連鎖反應(yīng),即可控制燃燒,進(jìn)而達(dá)到阻燃目的。
鹵素阻燃劑的阻燃機(jī)理就屬此類
③、冷卻機(jī)理
阻燃劑發(fā)生吸熱脫水、相變、分解或其他吸熱反應(yīng),降低聚合物表面和燃燒區(qū)域的溫度,防止熱降解,進(jìn)而減少了可燃性氣體的揮發(fā)量,最終破壞維持聚合物持續(xù)燃燒的條件,達(dá)到阻燃目的。氫氧化鋁、氫氧化鎂頗具代表性。
產(chǎn)生的水被汽化,需要吸收大量的熱量,從而降低聚合物溫度,減緩和阻止燃燒。還可降低可燃性氣體的濃度。
④、不燃性氣體機(jī)理
這類阻燃劑能在受熱時(shí)分解出大量不燃性氣體,如:CO2、N2、NH3、H2O、HCl、HBr等,可以稀釋可燃性氣體和沖淡燃燒區(qū)氧的濃度,阻止燃燒發(fā)生。
這類阻燃劑的代表為含鹵阻燃劑和含氮阻燃劑。
有機(jī)鹵素化合物受熱后釋放出HX。HX是難燃?xì)怏w,不僅稀釋空氣中的氧,而且其相對(duì)密度比空氣大,可替代空氣形成保護(hù)層,使材料的燃燒速度減緩或熄滅。
⑤、協(xié)同作用機(jī)理
阻燃劑的復(fù)配是利用阻燃劑之間的相互作用,從而提高阻燃效能,稱為協(xié)同作用體系。常用的有:
A、銻—鹵體系
B、磷—鹵體系
C、磷—氮體系
A、銻—鹵體系
常用的銻為Sb2O3 (產(chǎn)生SbCl3氣體),鹵化物常用的是有機(jī)鹵化物。
SbCl3是沸點(diǎn)不太高的揮發(fā)性氣體,不燃,氣體相對(duì)密度大,能長(zhǎng)時(shí)間停留在燃燒區(qū)內(nèi)稀釋可燃性氣體,隔絕空氣,起到阻燃的作用;它還能捕獲燃燒性的游離的自由基H·、HO·和·CH3等,起到抑制火焰的作用。
B、磷—鹵體系
當(dāng)磷和鹵素共存時(shí),阻燃效果會(huì)比單獨(dú)存在時(shí)要好,兩者反應(yīng)生成鹵化磷,如PBr3、PBr5等。鹵化磷具有較大的蒸氣密度,氣體覆蓋于火焰表面以隔絕氧氣和稀釋可燃物的濃度。同時(shí)生成的鹵化氫又能捕捉燃燒反應(yīng)生成的自由基。
C、磷—氮體系(膨脹型阻燃劑)
磷化物和氮化物在高溫下表面形成膨漲性焦炭層,它起著隔熱阻氧保護(hù)層的作用,含氮化合物起著發(fā)泡劑和焦炭增強(qiáng)劑的作用。
磷提供酸源(脫水劑),與樹(shù)脂作用,促進(jìn)炭化物的生成。
氮提供氣源(發(fā)泡劑),可以使體系膨脹發(fā)泡,對(duì)炭化層的形成也有促進(jìn)作用,形成多孔泡沫炭層。
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