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当前位置:首页 > 行业新闻 > 燃烧机理 阻燃剂的阻燃机理

燃烧机理 阻燃剂的阻燃机理

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2016-10-10 13:12:19
要研究阻燃剂的阻燃机理,必须首先了解高聚物燃烧机理

(一)燃烧机理

有机高聚物的燃烧,实质是热分解的过程伴随着发光、发热和氧的化学反应。可燃性物质、氧气和能量是其三要素。燃烧的总反应可简单表示为:

有机高聚物+O2→CO+CO2+H2O+光+热

一些基元反应如下:

1.在O2作用下,大分子链中较弱的键首先发生断裂,产生自由基:

  ~CH+O2→C·+HOO·

2.在高聚物内部无氧区,大分子链吸收外界热量,发生断裂,产生自由基和双自由基:  

            △
     ~C—C~→2~C·

            △ 
     ~C—C·→~C·+·C—C·

3.在自由基作用下,继而发生一系列连锁反应:  

   ~C·+O2→~COO·                ——①  

    ~CH+HOO·→~C·+H2O2          ——②  

    H2O2→2HO·                      ——③  

    RCH3+HO·→RCH2·+H2O           ——④  

    RCH2·+O2→RCHO+HO·            ——⑤  

    HO·+H2→H·H2O                  ——⑥  

    H·+O2→HO·+·O·              ——⑦  

    ·O·+H2→HO·+H·              ——⑧  

    ┇

以上自由基反应延续下去,导致大分子解聚①—⑧式反应产生的HO·和·O·等自由基活性很高,是发展燃烧的关键。

阻燃剂的阻燃机理:根据上面的燃烧机理,可以知道通过吸收热能、降低燃烧体的温度,除去能量;隔断空气;供给CO2等惰性气体,使气体的组成改变,离开燃烧极限;捕获活性自由基等办法,使热分解反应终止。

1.气相阻燃机理

气相阻燃就是阻燃剂通过转化为气相物质,发挥其阻燃作用。

(1)捕获自由基

阻燃剂受热后,分解产生气相物质,这些物质能捕获高聚热分解产生的自由基,使热分解反应得到有效控制,从而达到阻燃、灭火的目的。

 以卤系阻燃剂为例,卤化物受热产生的卤化氢能捕获到活性的HO·、·O·自由基。通过自由基交换,产生活性较小的自由基:

    RX+H·→HX+R·

    HX+HO·→H2O+X·

    HX+·O·→HO·+X·


磷酸三苯酯阻燃剂tpp具有良好的透明性、柔软性以及抗菌性,具有耐水、耐油、电绝缘性好和相容性好的优点。主要用于纤维素树脂、乙烯基树脂、天然橡胶和合成橡胶的阻燃增塑剂,也可用于三乙酸甘油酯薄酯和软片、硬质聚氨酯泡沫、酚醛树脂、以及PPO等工程塑料的阻燃增塑。


(2)“稀释”效应

阻燃剂在高温分解出一种难燃气体(如HX、H2O等),将燃烧体笼罩,“稀释”了周围可燃性气体的浓度,同时吸收大量燃烧热,降低了温度,使燃烧得到控制。

    如无机阻燃剂Al(OH)3的阻燃机理:

             △ 
    Al(OH)3→Al2O3+3H2O-71.6(Kcal)

    卤系阻燃剂也能分解出比重较大的不燃气体,产生覆盖作用,而隔绝或稀释了空气(同CO2、N2等灭火相类似),不同卤素灭火效力与它们本身的原子量成正比,即:F:Cl:Br:I=1·0:1.9:4.2:6.7按照等重量溴、氯相比,有机溴化物的阻燃效力约为氯化物的两倍。这些事实正是卤系阻燃剂灭火理论的有力证据。2。凝相阻燃机理  

    凝相阻燃就是阻燃剂以凝聚相形态,发挥其阻燃作用。可分成膜阻燃和壁面阻燃效应两种。

    (1)成膜效应

    阻燃剂受到高温后,在燃烧体表面形成一层不易燃烧、不易挥发的保护膜,从而把燃烧体同O2和火源隔绝开来,使火焰熄灭。    无机磷阻燃剂的阻燃机理就以凝相机理为主,在燃烧时,磷化合物逐步分解成磷酸、偏磷酸,最后生成玻璃体状的聚偏磷酸,覆盖于燃烧体的表面,隔绝空气。

    (2)壁面效应

    所谓壁面效应,就是阻燃剂在高温时产生的一种惰性粉尘,这些惰性粉尘就像容器的器壁一样,既能吸收燃烧热,又能吸附燃烧过程的活性物质,使活性物质失活,从而抑制燃烧。

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