阻燃剂原理、主要阻燃剂类型

9 月 3, 2022 隆昌化工

阻燃剂原理、主要阻燃剂类型

阻燃剂是通过提高分子材料的燃点或降低材料的燃烧速度来提高分子材料的阻燃性能,从而增加救援时间,挽救生命,减少损失。阻燃剂按结构可分为大分子聚合物型阻燃剂和小分子型阻燃剂;按使用方法可分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂;按材料是否含卤素可分为卤素阻燃剂和非卤素阻燃剂。添加型阻燃剂多用于热塑性聚合物,它不与材料中的其他成分发生化学反应,只以物理方式存在于聚合物材料中;反应型阻燃剂多用于热固性聚合物,它参与合成聚合物的化学反应,成为聚合物的结构单元。

根据燃烧的三大要素--可燃物、可燃物和火源,阻燃剂的阻燃原理可归纳为以下四种。

一是通过吸热实现阻燃。如无机阻燃剂氢氧化铝在高温下分解,释放出结晶水,结晶水蒸发成水蒸气。这个过程会吸收大量热量,降低材料表面的温度,实现阻燃。

二是通过产生不可燃气体稀释氧气,减缓燃烧速度。如氢氧化铝阻燃剂产生的水蒸气可以降低材料周围的氧气浓度,抑制火势蔓延。

三是在材料表面形成致密的覆盖层,隔绝材料与氧气的接触。如磷阻燃剂在高温条件下会变成结构更稳定的交联固态材料或碳化层包裹在材料周围,防止继续燃烧。

第四,捕捉参与燃烧反应的自由基,抑制自由基连锁反应。如溴系阻燃剂在高温条件下,高分子材料受热分解时,溴系阻燃剂和热分解产物同时进入气相燃烧区,捕捉气相燃烧区中的自由基,抑制自由基连锁反应,从而阻止火焰蔓延。

按大类划分,阻燃剂可分为含卤阻燃剂和无卤阻燃剂。两者最大的区别在于前者含有卤素,而后者不含卤素。不过,无卤素并非绝对不含卤素,而是根据其含量来定义的。无卤素是指溴和氯的含量小于 900ppm,溴和氯的总含量小于 1500ppm。卤素阻燃剂主要指溴化阻燃剂和氯化阻燃剂,其中溴化阻燃剂是使用最多、最广泛的阻燃剂。大多数阻燃材料都含有卤素。卤代阻燃剂具有添加量少、阻燃效果显著、价格低廉等特点。在阻燃剂的添加过程中,卤素元素与高分子材料具有良好的相容性,不会影响材料本身的物理和化学性质。但同时,我们也不能忽视个别溴系阻燃剂。如六溴环十二烷,在燃烧过程中会释放出大量的烟雾以及有毒气体,给灭火、逃生和善后工作带来困难。

在卤代阻燃剂面临诸多争议时,我们需要了解以下事实。

首先,溴化阻燃剂在世界范围内仍被广泛使用,目前溴化阻燃剂的种类多达 70 种。欧盟和许多国家的授权清单和候选清单中只包含六溴环十二烷,包括 2 至 3 种卤代阻燃剂。绝大多数溴化阻燃剂都经过了严格的评估,证明对人体和环境无害,有些溴化阻燃剂,如四溴双酚 A 的毒性比食盐还低。

其次,在正确的操作条件下,溴系阻燃剂的使用和回收过程不会对外界产生新的有害气体,回收性优于其他阻燃体系。溴系阻燃剂的适用范围很广,几乎所有材料都需要阻燃。

无卤阻燃剂包括磷系阻燃剂、膨胀型阻燃剂、无机阻燃剂、含硅阻燃剂和生物基阻燃剂。无卤阻燃剂的种类很多,但它们面临着一个共同的问题,即很难达到良好的阻燃效果,而且对材料的力学性能和加工性能有影响。因此,卤素阻燃剂和无卤阻燃剂各有优缺点,人们在选择阻燃剂时应考虑被阻燃基材的结构、使用环境和回收利用等因素。无卤阻燃剂大多含有磷和氮元素。

I.磷阻燃剂。磷系阻燃剂分为无机磷系阻燃剂和有机磷系阻燃剂,磷系阻燃剂的改性和复配是其工作的重点。磷系阻燃剂主要作用于遇火分解初期的物质,形成保护膜,隔绝外界热量和空气。

二是膨胀型阻燃剂。膨胀型阻燃剂可以长期有效地保护暴露在火焰中的材料。

三是无机阻燃剂。无机阻燃剂具有热稳定性好、阻燃、不挥发、无腐蚀性气体、发烟量小等特点,是低卤无卤阻燃体系的主要原料。

四是含硅阻燃剂。含硅阻燃剂,Si-O-Si 结构稳定,具有低毒、抗滴落、促进燃烧时形成碳和抑制烟雾的特点。

V.生物基阻燃剂。虽然生物基阻燃剂的研究仅处于起步阶段,但由于其价格低廉、无毒、资源广泛等优势,已逐渐成为人们关注和研究的热点。

科学认识阻燃剂的环保作用。近年来,无卤阻燃剂越来越受到人们的追捧。长期以来乃至现在,"卤素阻燃剂有毒有害,无卤阻燃剂环保,是未来阻燃剂的发展方向 "的错误观点根深蒂固。无卤阻燃剂 "无卤=环保 "的观点已经深入人心。事实上,根据国际通用的化学品分类和标识系统,在所有 70 多种商用溴系阻燃剂中,只有 TBBA(四溴双酚 A)和 HBCD(六溴环十二烷)两种产品被明确定义为有毒有害。而一些非卤素阻燃剂,如绝大多数磷酸酯和一些磷酸盐、次磷酸盐本身就带有环境危害物质的标签。因此,通过含有某些化学元素来判断是否环保是没有科学依据的。

 

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