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应用阻燃剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2016-10-13 13:45:32
20世纪50年代后,随着高分子材料工业的发展,高分子合成材料愈来愈广泛地应用于生产和生活的各个领域。与此同时,由于这些有机聚合物的易燃性和低燃点而引起的火灾给人们酿成了惨重的人员伤亡和巨大的经济损失,所以研制应用阻燃剂已经成为一种必然趋势。

自上世纪60 年代起,一些工业发达国家即开始研制生产并应用阻燃塑料、阻燃橡胶和阻燃纺织品,而我国相对落后。但是目前随着电器、电子、机械、汽车、船舶、航空航天和化工业的发展,对产品材质的阻燃要求也愈来愈高,使应用阻燃剂和阻燃材料的研制、生产及推广应用得以迅速发展,其品种也日趋增多、产量急剧上升。

目前就全球产量和用量来看,阻燃剂已成为仅次于增塑剂的塑料助剂,而就产量的年增长率而言,阻燃剂也位居各种塑料助剂的前列。由于阻燃材料应用领域的拓展和人类生存环境的需求,具有多重阻燃效用(气相、凝聚相阻燃)及低烟、低毒的新型阻燃剂合成和阻燃技术的研究已成为当今高分子阻燃材料关注的两大课题。

因为高分子材料由于本身的诸多优良性能,在日常生活和生产中占据着越来越重要的位置,但由于其易燃性和低燃点引起的火灾给人们带来了惨重的损失,因此高分子阻燃材料的研究十分必要。美国著名的经济市场研究公司Freedonia集团日前发布预测报告指出,2006年到2011年的5年内,世界对阻燃剂的年需求量预计以4.7%的速率增长,其中,亚太地区、北美、西欧这一市场将分别以7.3%、3.2%和2.2%的年率增长,而中国将占亚太地区的大多数。由此可见,应用阻燃剂前景较好。

阻燃剂按化合物的种类分为无机化合物、有机化合物两类。无机化合物主要包括有:氧化锑、水和氧化铝,氢氧化镁,硼化合物,有机化合物主要包括有机卤化物,有机磷化物。按使用方法分类:可分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂。添加型阻燃剂,是在聚合物加工过程中,加入具有阻燃作用的液体或固体的阻燃剂。

常用于热塑性塑料,在合成纤维纺丝时添加到纺丝液体中,其优点是使用方便,适应面广,但对塑料、橡胶及合成纤维性能影响较大。添加型阻燃剂主要包括磷酸酯,卤化烃和氧化锑等,反应型阻燃剂是在聚合物制备过程中作为单体之一,通过化学反应使他们成为聚合物分子链的一部分。它对聚合物使用性能影响小,阻燃剂持久。反应型阻燃剂主要包括卤代酰酐和含磷多元醇,乙烯基衍生物,含环氧基化合物等。


磷酸三苯酯tpp是种含磷元素的无卤环保型阻燃剂,面上大多数产品为自色片状结晶,改产品为自色结晶性粉末,也更用于溶解于有机溶剂,TPP不溶于水,溶于苯、氯仿、醚和而酮,微溶于Z醇。微具芳香气味,微有潮解性,不易燃烧。熔点约50℃,受热时快速熔化成箍状,润精效果极佳,常作为阻燃增塑润精剂使用。它在许多塑料和树脂用作阻燃剂,如酚醛树脂,环氧树酯等。


阻燃剂的保护膜机理。阻燃剂在燃烧温度下形成了一层不燃烧的保护膜,覆盖在材料上,隔离空气而阻燃。这又分为两种。第一,玻璃状薄膜:阻燃剂在燃烧温度下的分解成为不挥发、不氧化的玻璃状薄膜,覆盖在材料的表面上,可隔离空气,并且能使热量反射出去或具有低的导热系数,从而到达阻燃的目的。比如FB阻燃剂。即硼酸锌,这是目前使用最广泛的硼阻燃剂。它在300℃一下稳定,受热至300℃以上,释放出结晶水,吸收大量热能;释放水分,最终生成生成三氧化二硼玻璃状薄膜,覆盖于聚合物上,起到隔热排氧的功能。第二,隔热焦炭层:阻燃剂在燃烧温度下可使材料表面脱水碳化,形成一层多孔性隔热碳化层,从而阻止热的传到而起阻燃作用。

阻燃剂不燃性气体机理。阻燃剂能在中等温度下立即分解出不然性气体,稀释可燃性气体和冲淡燃烧区氧的浓度,阻止燃烧发生。硼系阻燃剂,如硼酸、水合硼酸盐、FB阻燃剂等,加热时脱去水分,稀释空气中的氧,抑制燃烧反应。氮阻燃元素,主要以受热形式,氨稀释空气中氧的浓度,起到阻燃作用。

阻燃剂冷去机理。阻燃剂能使聚合物材料的固体表面在较低温度下熔化,吸收潜热或发生吸热反应,大量消耗热量,从而阻止燃烧继续进行。这样的阻燃剂有氢氧化铝和氢氧化镁。

氢氧化铝即三水合氧化铝。当温度在200°C以内时,水合分子与氧化铝结合非常紧密,不易释出,此时外部加入的热量,由于聚合物本身的熔化而吸收消化掉,氢氧化铝仅作为填料存在于塑料内,当温度升高到大于250°C、高聚物燃烧时,氢氧化铝发生分解,吸收大量热量,并生成水。产生的水汽化,亦需要吸收大量潜热,从而降低聚合物温度,减缓和阻止燃烧。

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