絕大多數(shù)塑料是可燃的，在使用過(guò)程中存在著火災(zāi)隱患，因此需要對(duì)塑料進(jìn)行阻燃改性。較早的改性劑是鹵系阻燃劑，目前依然占據(jù)主導(dǎo)地位，其阻燃效果好，但在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生有毒的腐蝕性氣體(如溴化氫等)及大量煙霧，發(fā)生火災(zāi)時(shí)給人的逃生帶來(lái)極大困難。近年來(lái)，降低燃燒時(shí)的生煙量及有毒氣體排放量、提高阻燃塑料的綜合性能的呼聲日益高漲。 膨脹阻燃技術(shù)是在阻燃涂料的基礎(chǔ)上于20世紀(jì)90年代中期發(fā)展起來(lái)的新型阻燃技術(shù)。在膨脹型阻燃劑(IFR)阻燃塑料時(shí)，塑料表面會(huì)形成一層均勻的炭質(zhì)泡沫層，該層在凝聚相中起到隔熱、隔氧、抑煙和防止融滴的作用，且低煙、低毒、無(wú)腐蝕性氣體產(chǎn)生。因此，膨脹阻燃技術(shù)已成為當(dāng)前最活躍的阻燃研究領(lǐng)域之一。

　　1 膨脹型阻燃劑的分類(lèi)

　　IFR主要分磷氮類(lèi)阻燃劑和可膨脹石墨兩類(lèi)，磷氮類(lèi)阻燃劑又分單體型磷氮類(lèi)阻燃劑和混合型磷氮類(lèi)阻燃劑兩類(lèi)。

　　1.1 磷氮類(lèi)阻燃劑

　　1.1.1 磷氮類(lèi)阻燃劑的組成

　　磷氮類(lèi)膨脹型阻燃劑主要由炭源(成炭劑)、酸源(脫水劑)和氣源(發(fā)泡劑)3部分組成。炭源是能生成膨脹多孔炭層的物質(zhì)，一般是含碳豐富的多官能團(tuán)(如-OH)成炭劑，如季戊四醇及其二縮醇、淀粉等，其有效性與活性羥基的數(shù)量有關(guān)，應(yīng)在低于自身或塑料基體分解的溫度下先與炭化催化劑反應(yīng)。酸源一般是在加熱條件下釋放無(wú)機(jī)酸的化合物，對(duì)無(wú)機(jī)酸的要求是沸點(diǎn)高和氧化性不太強(qiáng)，它必須能使含碳多元醇脫水，但在火災(zāi)發(fā)生之前不宜發(fā)生脫水反應(yīng)，所以常用的酸源都是鹽或酯。氣源是受熱放出惰性氣體的化合物，一般是銨類(lèi)和酰胺類(lèi)物質(zhì)，如尿素、蜜胺、三聚氰胺等，須在適宜的溫度下分解，并產(chǎn)生大量氣體。 單體型磷氮類(lèi)阻燃劑就是炭源、酸源、氣源共同存在于同一分子中，分子結(jié)構(gòu)中一般都含有自由的、可離子化的氫的衍生物，因此才能在加熱時(shí)產(chǎn)生膨脹作用。混合型磷氮類(lèi)阻燃劑是由磷酸鹽、多元醇和含氮化合物三部分組成的混合物。其中比較典型的就是聚磷酸銨/季戊四醇/三聚氰胺(APP/PER/MEL)阻燃體系。

　　1.1.2 磷氮類(lèi)阻燃劑的阻燃機(jī)理

　　膨脹型阻燃劑在受熱時(shí)，成炭劑在脫水劑作用下脫水成炭，炭化物在膨脹劑分解的氣體作用下形成蓬松發(fā)孔封閉結(jié)構(gòu)的炭層。該炭層為無(wú)定形炭結(jié)構(gòu)，其實(shí)質(zhì)是碳的微晶，一旦形成，其本身不燃，并可阻止塑料與熱源間的熱傳導(dǎo)，降低塑料的熱解溫度。另外，多孔炭層可以同時(shí)阻止熱解產(chǎn)生的氣體擴(kuò)散以及外部氧氣擴(kuò)散到未裂解塑料表面，使燃燒的塑料得不到足夠的氧氣和熱能而自熄，是典型的凝聚相阻燃機(jī)理。炭層形成的歷程是：

　　(1)在較低的溫度下酸源釋放出無(wú)機(jī)酸。

　　(2)在稍高與釋放酸的溫度下，發(fā)生酯化反應(yīng)，體系中的胺可以作為酯化反應(yīng)的催化劑。 m.ksnemo.com

　　(3)體系在酯化前和酯化過(guò)程中熔化。 m.ksnemo.com

　　(4)反應(yīng)產(chǎn)生的水蒸氣和由氣源產(chǎn)生的不燃性氣體使熔融體系發(fā)泡，與此同時(shí)，多元醇磷酸酯脫水炭化，形成無(wú)機(jī)物及炭殘留物，且體系進(jìn)一步膨脹發(fā)泡。 (5)體系膠化和固化，形成多孔泡沫炭層。 1.2 可膨脹石墨

　　可膨脹石墨(Expandable Graphite，EG)是一種新型無(wú)鹵阻燃劑，它是由天然石墨經(jīng)濃硫酸酸化處理，然后水洗、過(guò)濾、干燥后在900-1 000℃下膨化制得。可膨脹石墨被迅速加熱至300℃左右時(shí)，可沿結(jié)晶結(jié)構(gòu)的C-軸方向膨脹數(shù)百倍。膨脹后的石墨由原來(lái)的鱗片狀變成密度很低的“蠕蟲(chóng)”狀，形成了一個(gè)高效絕熱、隔氧層。可膨脹石墨在阻燃過(guò)程中起到在塑料表面形成堅(jiān)韌的炭層，從而將可燃物與熱源隔開(kāi)的作用，并在膨脹過(guò)程中，大量吸熱，降低了體系的溫度，同時(shí)釋放夾層中的酸根離子，促進(jìn)脫水炭化，以及結(jié)合燃燒產(chǎn)生的自由基使鏈反應(yīng)中斷。可膨脹石墨與磷化合物、金屬氧化物復(fù)合使用，能產(chǎn)生協(xié)效作用，用量很少就能達(dá)到阻燃目的問(wèn)。但用該類(lèi)阻燃劑改性的材料外觀差，使用范圍受到限制。

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