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研究有机硅阻燃剂协同阻燃作用 浅析阻燃技术的发展

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2014-3-25 19:00:26
 

      有机硅阻燃剂是高效、生态友好、防熔滴并抑烟的新一代非卤成炭型阻燃剂,不仅能改善基材的加工性能、机械性能及耐热性能等,而且被阻燃材料的循环利用效果也十分优异;
人们发现,将有机硅阻燃剂与传统阻燃剂或某些非阻燃物质一起使用时不仅具有显著的协同阻燃作用、广泛的适用性,且具有明显的互补性;发展潜力和应用前景十分光明 。

      有机硅阻燃剂与传统阻燃剂的协同阻燃作用

      有机硅阻燃剂与传统阻燃剂并用时,在燃烧过程中,两者能相互促进,形成含硅炭化保护层。与常规炭层相比,此类炭层结构致密稳定,抗氧化能力大大增强;因此,具有卓越的隔热抑烟、断绝氧的供应,并防止熔滴滴落等功能,从而获得协同增效的阻燃作用。且有机硅阻燃剂的存在,还能改善被阻燃材料的成型加工及机械、耐热等性能。

       有机硅阻燃剂与其它阻燃剂或某些非阻燃物质的协同阻燃技术的研究与开发是提高阻燃效率、弥补传统阻燃剂缺陷,解决有机硅阻燃剂适用性差,并降低其成本的切实可行的办法,其发展潜力和应用前景十分巨大。

       目前,有机硅阻燃剂及其协同阻燃的研究都还处于起步阶段,根据已获得的有机硅阻燃剂协同阻燃的研究成果,今后的研究重点应是针对不同的应用领域,选择或合成特定分子结构的有机硅阻燃剂,再进行协同阻燃体系的组合与优化,以达到最佳的效果;大力发展硅元素和其它阻燃元素处于同一分子结构中的协同阻燃剂,设计和优化其分子结构与聚集态结构;加强有机硅协同阻燃机理的研究;简化工艺,降低生产成本,加快工业化、商品化的进程。

      一、阻燃技术概述

      阻燃技术的发展是伴随着合成高分子材料的发展而发展的。
      高分子材料按来源分为天然、半合成和合成高分子材料。1907年贝克兰和他的助手发明了酚醛树脂,标志着人类应用合成高分子材料的开始。由于优异的性能和生产应用中的低投资,合成高分子材料在短短几十年间得到了高速发展,电子电器产品、高层建筑、飞机汽车和交通运输、装修装饰等行业大量使用了天然或者合成的高分子材料,使高分子材料成为与金属、陶瓷并列的三类最重要材料之一。

      由于高分子材料具有分子量大、碳含量高的特点,使得大多数高分子材料具有很强的易燃性、可燃性和燃烧毒性,这也成为导致火灾发生时损失扩大的重要原因,从而推动了阻燃技术的发展。

       阻燃剂的技术自从1908年G.A.En-gelard等用天然橡胶与氯气反应制得了阻燃氯化橡胶,开创了以化学方法阻燃高聚物的先河以来,特别是近40年高分子工业迅速发展的需求,阻燃技术得到迅速的发展,开发出许多高效的、新型的阻燃剂。

       阻燃剂是用以提高材料抗燃性,即阻止材料被引燃及抑制火焰传播的助剂。按阻燃剂与被阻燃基材的关系,阻燃剂可分为添加型及反应型两大类。按阻燃元素种类,阻燃剂常分为卤系、有机磷系、卤磷系、氮系、磷镁系、无机磷-氮系、锑系、铝-镁、无机磷系、硼系、铝系等。

      阻燃剂通过燃烧过程中的吸热作用、覆盖作用、抑制链反应及分解不燃气体产生窒息作用等原理,使易燃的高分子材料不燃、难燃、自熄,或其火焰传播速度减缓、热释放及烟释放速率降低,从而有效改善高分子材料应用中的火灾安全性。

       随着科学技术的不断发展和高分子材料的推广应用,阻燃技术的研究也不断得到推进深入,其适用范围已经涵盖了木材、织物等天然高分子材料、纤维、塑料、橡胶等合成高分子材料以及沥青等半合成高分子材料。

        二、前景展望

      采用阻燃改性技术可以有效改善高分子材料的火灾安全性。因此,高分子材料的阻燃改性研究与开发在促进社会经济发展、提高公共场所建筑安全、促进社会和谐安定方面具有潜在的推动力,阻燃制品产业化有着良好的市场前景和发展潜力。

      由于传统卤系阻燃剂在燃烧过程中特别容易产生刺激性烟雾,某些产品在降解过程中还会产生有毒致癌物质如Dioxin(二噁英),或者其不完全反应产物如多溴联苯和多溴联苯醚等,对人类健康和环境存在着极大的隐患。同时卤系阻燃剂在阻燃时放出大量的卤化氢(HX)烟雾,往往发生二次危害,因此国际上阻燃剂研究已经向低烟、无卤、低毒方向发展。如用三-(三溴苯氧基)-三嗪作为十溴二苯醚和十溴二苯乙烷的替代阻燃添加剂,以及Firemaster550,ReafasNHP等新型阻燃剂。

      随着经济的高速发展,我国阻燃剂生产和消费形势持续发展,年均消费增长率超过20%。政府及企业已经认识到阻燃剂研究对社会、经济方面的巨大推动作用,阻燃剂工业正在朝着环保化、低毒化、高效化、多功能化的方向发展。目前我国已成立了阻燃研究专业实验室,开发出纳米卤-锑协效阻燃剂,溴化环氧树脂,氢氧化镁阻燃剂,高效阻燃剂FR245以及全生物降解塑料阻燃剂等多种高效多功能复合阻燃剂和无机环保阻燃剂。

      三、我国阻燃技术现状
      随着合成技术的发展,我国阻燃技术研究方面取得了较大发展,阻燃制品从纯天然高分子材料扩展到混合和合成高分子材料,使用范围从最初的纺织扩展到装饰装修、建筑构件、外墙保温、电线电缆、电器元件、道路交通等各个领域,涌现出微胶囊化、表面改性、复配协同、以及超细化、纳米化等许多新技术,研发出一系列品种齐全、性能优异的新型阻燃剂。国内已有超过16,000家阻燃相关企业及超过220个阻燃科研实验室,有卤系阻燃剂、有机磷酸酯类阻燃剂、磷-氮阻燃剂、无机阻燃剂的相关研究发展迅速,且已大规模生产。DOPO、次磷酸盐、磷腈类阻燃剂等新型阻燃剂在国内已受到广泛的关注,其相关研究已取得了一定的进展。

       但国内阻燃技术发展与国际仍有一定的差距,主要表现为:

1、研究起步晚。50年代才开展这一方面的研究,直至80年代,阻燃技术才得到较快、较全面、较系统的发展。由于缺少高校和厂家的联合研发,对高能效、无毒、无迁移、耐高温、加工性能好的新型阻燃剂的研究起点仍然较低。
2、阻燃剂标准有待完善。我国已经初步建立了一系列阻燃制品的国家标准,如GB20286-2006阻燃制品国家标准,公安部《阻燃制品标识管理办法》等,但也仅限于对材料本身的燃烧性能要求,尚未建立统一的阻燃剂国家标准。阻燃剂的开发、生产和消费结构不合理,阻燃剂品种少,质量不稳定,科技含量低,由于缺少相应的立法和措施,阻燃制品市场尚未得到有效开拓。
3、性能、价格、环保三方面的综合优势低。一个理想的阻燃剂最好能同时满足阻燃效率高、毒性低、相容性好、稳定性高、原料来源充足、制造工艺简便、价格低廉以及不致过多恶化被阻燃基材的加工性能和最后产品的物理机能等要求。随着环境法规的日益严格,许多卤系阻燃剂由于高温下分解的高毒性,国际市场已经收到严格限制。由于我国尚未对此有明确的立法要求,许多新型产品受到低端市场的冲击,成本高、产量低,研发积极性受到打击,导致国际市场竞争力不强。

      四、建议我国阻燃剂开发和研究要想跟上世界发展步伐,应从以下几个方面进行努力:

1、加强交流合作。阻燃剂涉及行业广泛,其研究、开发、生产和应用需要各行业领域的支持配合。加强国际间的交流合作,可以促进我们学习和借鉴外国先进技术和经验,缩短我国与发达国家的差距。
2、开展产学研合作,发展自主产业,提高综合竞争力。国内对阻燃机理的研究还远远不够,只有将机理研究透彻,阻燃剂和阻燃材料的开发才有针对性和目的性,达到“阻燃设计”的目标。政府应推动高校和企业的研发联合,充分发挥高校的人才、设备优势和企业的资金优势、市场优势,开发高能效、无毒、无迁移、耐高温、加工性能好的新型阻燃剂,加快产品结构调整,促进我国阻燃剂消费结构的日趋合理化。
3、健全相关法规,逐步完善阻燃产品和测试方法的标准,进一步细化阻燃剂和阻燃制品的检测检验制度,优化监管和认证体系,强化监管力度,提高企业和用户使用阻燃剂的意识。

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