阻燃劑阻燃機(jī)理總結(jié)

1、阻燃劑阻燃機(jī)理總結(jié)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

2、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

3、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。8kJmol熱量，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

4、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

5、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)：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

6、、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)

7、鏈增長(zhǎng)的自由基而發(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，則屬鹵系阻燃劑包括溴系和氯系阻燃劑。鹵系阻燃劑是目前世界上產(chǎn)量最大的有機(jī)阻燃劑之一。在鹵系阻燃劑中大部分是溴系阻燃劑。工業(yè)生產(chǎn)的溴系阻燃劑可分為添加型、反應(yīng)型及高聚物型三大類，而且品種繁多。國內(nèi)外市場(chǎng)上現(xiàn)有20種以上的添加型溴系阻燃劑，10種以上的高分子型溴系阻燃劑，20種以上的反應(yīng)型溴系阻燃劑。

8、添加型的阻燃劑主要有十溴二苯醚(DBDPO)，四溴雙酚A，雙(2，3一二烷丙基)醚(TBAB)，八溴二苯醚(OBDPO)等；反應(yīng)型阻燃劑主要有四溴雙酚A(TBBPA)，2，4，6三溴苯酚等；高分子型阻燃劑主要有溴化聚苯乙烯、溴化環(huán)氧、四溴雙酚A碳酸酯齊聚物等。溴系阻燃劑之所以受到青睞，其主要原因是它的阻燃效率高，而且價(jià)格適中。由于CBr鍵的鍵能較低，大部分溴系阻燃劑的分解溫度在200℃~300℃，此溫度范圍正好也是常用聚合物的分解溫度范

9、圍。所以在高聚物分解時(shí)，溴系阻燃劑也開始分解，并能捕捉高分子材料分解時(shí)的自由基，從而延緩或抑制然燒鏈的反應(yīng)，同時(shí)釋放出的HBr本身是一種難燃?xì)怏w，可以覆蓋在材料的表面，起到阻隔與稀釋氧氣濃度的作用。這類阻燃劑無不例外的與銻系(三氧化二銻或五氧化二銻)復(fù)配使用，通過協(xié)同效應(yīng)使阻燃效果得到明顯提高。鹵系阻燃劑主要在氣相中發(fā)揮阻燃作用。因?yàn)辂u化物分解產(chǎn)生的鹵化氫氣體，是不燃性氣體，有稀釋效應(yīng)。它的比重較大，形成一層氣膜，覆蓋在高分子材料固相表

10、面，可隔絕空氣和熱，起覆蓋效應(yīng)。更為重要的是，鹵化氫能抑制高分子材料燃燒的連鎖反應(yīng)，起清除自由基的作用。以溴化物為例，其抑制自由基連鎖反應(yīng)的機(jī)理如下：含溴阻燃劑→BrBrRH→RHBrHOHBr=H2OBr高分子材料中加入的含溴阻燃劑，遇火受熱發(fā)生分解反應(yīng)，生成自由基Br，它又與高分子材料反應(yīng)生成溴化氫，溴化氫與活性很強(qiáng)的OH自由基反應(yīng)，一方面使得Br再生，一方面使得OH自由基的濃度減少，使燃燒的連鎖反應(yīng)受到抑制，燃燒速度減慢，直至熄滅

11、。但是當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，由于這些材料的分解和燃燒產(chǎn)生大量的煙塵和有毒腐蝕性氣體造成“二次災(zāi)害”，且燃燒產(chǎn)物(鹵化物)具有很長(zhǎng)的大氣壽命，一旦進(jìn)入大氣很難去除，嚴(yán)重地污染了大氣環(huán)境，破壞臭氧層。另外，多溴二苯醚阻燃的高分子材料的燃燒及裂解產(chǎn)物中含有有毒的多溴代二苯并二惡烷(PBDD)及多溴代二苯并呋喃(PBDF)。1994年9月，美國環(huán)境保護(hù)局評(píng)價(jià)證明了這些物質(zhì)對(duì)人和動(dòng)物是致毒物質(zhì)。3.2磷及磷化合物的阻燃機(jī)理磷及磷化合物很早就被用作阻燃劑使

12、用，對(duì)它的阻燃機(jī)理研究得也較早，起初發(fā)現(xiàn)使用含磷阻燃劑的材料燃燒時(shí)會(huì)生成很多焦炭，并減少了可燃性揮發(fā)性物質(zhì)的生產(chǎn)量，燃燒時(shí)阻燃材料的熱失重大大降低，但阻燃材料燃燒時(shí)的煙密度比未阻燃時(shí)增加。根據(jù)上面的事實(shí)提出了一些阻燃機(jī)理。從磷化合物在不同反應(yīng)區(qū)內(nèi)所起阻燃作用可分為凝聚相中阻燃機(jī)理和蒸汽相中阻燃機(jī)理，有機(jī)磷系阻燃劑在凝聚相中發(fā)揮阻燃作用，其阻燃機(jī)理如下：在燃燒時(shí)，磷化合物分解生成磷酸的非燃性液態(tài)膜，其沸點(diǎn)可達(dá)300℃。同時(shí)，磷酸又進(jìn)一步脫

13、水生成偏磷酸，偏磷酸進(jìn)一步聚合生成聚偏磷酸。在這個(gè)過程中，不僅由磷酸生成的覆蓋層起到覆蓋效應(yīng)，而且由于生成的聚偏磷酸是強(qiáng)酸，是很強(qiáng)的脫水劑，使聚合物脫水而炭化，改變了聚合物燃燒過程的模式并在其表面形成碳膜以隔絕空氣，從而發(fā)揮更強(qiáng)的阻燃效果。磷系阻燃劑的阻燃作用主要體現(xiàn)在火災(zāi)初期的高聚物分解階段，因其能促進(jìn)聚合物脫水發(fā)化，從而減少聚合物因熱分解而產(chǎn)生的可燃性氣體的數(shù)量，并且所生成的碳膜還能隔絕外界空氣和熱。通常，磷系阻燃劑對(duì)含氧聚合物的作