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阻燃劑原理

阻燃劑原理
阻燃劑，賦予易燃聚合物難燃性的功能性助劑，主要是針對高分子材料的阻燃設計的；阻燃劑有多種類型，按使用方法分為添加型阻燃劑和反應型阻燃劑。
添加型阻燃劑是通過機械混合方法加入到聚合物中，使聚合物具有阻燃性的，目前添加型阻燃劑主要有有機阻燃劑和無機阻燃劑，鹵系阻燃劑（有機氯化物和有機溴化物）和非鹵。有機是以溴系、磷氮系、氮系和紅磷及化合物為代表的一些阻燃劑，無機主要是三氧化二銻、氫氧化鎂、氫氧化鋁，硅系等阻燃體系。
為能夠增加高分子材料耐燃性的物質，主要用于高分子材料如塑料，橡膠、纖維等，而這些材料大多數是可以燃燒的。特別是塑料，要將其應用在交通運輸、建筑、電工器材、航空、宇宙飛行等方面，就迫切需要解決其耐燃燒問題。阻燃劑的使用一般應具備以下幾個條件：不降低高分子材料的物性，如耐熱性、機械強度、電氣性能;分解溫度不應太高，但在加工溫度下又不能分解;耐久性好;耐候性好;價廉。
一般來講有機阻燃具有很好的親和力，在塑料中，溴系阻燃劑在有機阻燃體系中占據絕對優勢，雖然在環保問題上“非議”多端但一直難以有其他阻燃劑體系取代。
在非鹵素阻燃劑中紅磷是一種較好的阻燃劑，具有添加量少、阻燃效率高、低煙、低毒、用途廣泛等優點；紅磷與氫氧化鋁、膨脹性石墨等無機阻燃劑復配使用，制成復合型磷/鎂；磷/鋁；磷/石墨等非鹵阻燃劑，可使用阻燃劑量大幅降低，從而改善塑料制品的加工性能和物理機械性能。但普通紅磷在空氣中易氧化、吸濕，容易引起粉塵爆炸，運輸困難，與高分子材料相溶性差等缺陷，應用范圍受到了限制。為彌補這方面不足，可采用了微膠囊包覆工藝，使之成為微膠囊化紅磷。微膠囊化紅磷除克服了紅磷固有的弊端外，并具有高效，低煙，在加工中不產生有毒氣體，其分散性、物理、機械性能、熱穩定性及阻燃性能均有提高和改善。
反應型阻燃劑則是作為一種單體參加聚合反應，因此使聚合物本身含有阻燃成分的，其優點是對聚合物材料使用性能影響較小，阻燃性持久。
生成可與塑料起反應的游離基，起阻燃作用。它們與塑料的反應產物之燃燒性能極差。
產生一種能悶熄火焰的氣體。如三氧化二銻，它在PVC中遇到因燃燒發出的HCL時就起反應生成一種悶熄性氣體，即銻的氮氧化物。
提供一層與氧氣隔絕的涂層。如磷酸酯類阻燃劑燃燒時生成的磷化物即是隔氧的涂層。
吸收燃燒時產生的熱量，起冷卻減慢燃燒速率的作用。如氫氧化鋁，它分子中所含化學締合水的比例高達34%，這種締合水在大多數塑料的加工溫度下保持穩定，但超過200℃時開始分解，釋放出水蒸汽。而且每分解一克分子氫氧化鋁，要吸收36千卡熱量。
阻燃機理
阻燃劑的作用機理比較復雜，尚未十分明了。一般認為，鹵素化合物遇火受熱發生分解反應，分解出的鹵素離子與高分子化合物反應產生鹵化氫。后者與高分子化合物燃燒過程中大量增殖的活潑羥基游離基(HO·)反應，使其濃度降低，燃燒速度減慢，直到火焰熄滅。鹵素中，溴的阻燃作用比氯大。含磷阻燃劑的作用在于它們燃燒時形成偏磷酸，偏磷酸聚合成非常穩定的多聚態，成為塑料的保護層而將氧隔絕。
阻燃劑是通過若干機理發揮其阻燃作用的，如吸熱作用、覆蓋作用、抑制鏈反應、不燃氣體的窒息作用等。多數阻燃劑是通過若干機理共同作用達到阻燃目的。
1、吸熱作用
任何燃燒在較短的時間所放出的熱量是有限的，如果能在較短的時間吸收火源所放出的一部分熱量，那么火焰溫度就會降低，輻射到燃燒表面和作用于將已經氣化的可燃分子裂解成自由基的熱量就會減少，燃燒反應就會得到一定程度的抑制。在高溫條件下，阻燃劑發生了強烈的吸熱反應，吸收燃燒放出的部分熱量，降低可燃物表面的溫度，有效地抑制可燃性氣體的生成，阻止燃燒的蔓延。Al(OH)3阻燃劑的阻燃機理就是通過提高聚合物的熱容，使其在達到熱分解溫度前吸收更多的熱量，從而提高其阻燃性能。這類阻燃劑充分發揮其結合水蒸汽時大量吸熱的特性，提高其自身的阻燃能力。
2、覆蓋作用
在可燃材料中加入阻燃劑后，阻燃劑在高溫下能形成玻璃狀或穩定泡沫覆蓋層，隔絕氧氣，具有隔熱、隔氧、阻止可燃氣體向外逸出的作用，從而達到阻燃目的。如有機磷類阻燃劑受熱時能產生結構更趨穩定的交聯狀固體物質或碳化層。碳化層的形成一方面能阻止聚合物進一步熱解，另一方面能阻止其內部的熱分解產生物進入氣相參與燃燒過程。
3、抑制鏈反應
根據燃燒的鏈反應理論，維持燃燒所需的是自由基。阻燃劑可作用于氣相燃燒區，捕捉燃燒反應中的自由基，從而阻止火焰的傳播，使燃燒區的火焰密度下降，終使燃燒反應速度下降直至終止。如含鹵阻燃劑，它的蒸發溫度和聚合物分解溫度相同或相近，當聚合物受熱分解時，阻燃劑也同時揮發出來。此時含鹵阻燃劑與熱分解產物同時處于氣相燃燒區，鹵素便能夠捕捉燃燒反應中的自由基，干擾燃燒的鏈反應進行。
4、不燃氣體窒息作用
阻燃劑受熱時分解出不燃氣體，將可燃物分解出來的可燃氣體的濃度沖淡到燃燒下限以下。同時也對燃燒區內的氧濃度具有稀釋的作用，阻止燃燒的繼續進行，達到阻燃的作用。szGnue9c7

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