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有机硅阻燃剂与卤系阻燃剂的相互作用 分析防火涂料的阻燃机理

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2014-3-27 15:54:08
 
      卤系阻燃剂在燃烧时虽发烟量大、会产生有毒气体,并受到环保方面的巨大压力;但因添加量少、阻燃效果显著,性价比高,目前仍是世界上用量最大的有机阻燃剂,在阻燃领域占有举足轻重的地位 。有机硅阻燃剂与卤系阻燃剂协同使用,可进一步提高阻燃效果,并改善被阻燃材料的其它性能,因此受到人们的普遍关注。

      李永华等人系统研究了有机硅阻燃剂(GE 公司的SFR100)对四溴双酚A双(2,3一二溴丙基)醚(TBAB)阻燃ABS性能的影响。结果发现,SFRlO0与TBAB 有协同阻燃作用, SFR100的加入不仅提高了ABS的阻燃性能和冲击强度,还使ABS的电性能得到一定程度的改善;在TBAB用量为14%的阻燃ABS中,阻燃剂SFRl00的用量增加到4%时,ABS的极限氧指数和冲击强度分别从29.2%和11.2 kJ/m2提高到31.8%和15.1 kJ/m2,介电常数和介质损耗因数下降。差热分析表明,SFRl00提高了 ABS的热分解温度。

      陈临吉将有机硅阻燃剂与溴系阻燃剂并用,用于丝绸纺织品的阻燃整理。由于两种阻燃剂具有协同阻燃作用,在纺织品燃烧过程中,可吸热降温,稀释可燃性气体,从而取得良好的阻燃效果。经此阻燃剂整理的丝绸纺织品,其第一热解温度可从243℃下降到120~150℃。且有机硅的存在对织物还具有柔软作用。

      此外,人们还在聚硅氧烷主链上接入卤系阻燃基团(如溴化苯乙烯基、卤代烷基),用于阻燃聚碳酸酯(PC)、聚(2,6一二甲基一1,4一苯氧)、木材的制备。由于硅、卤元素位于同一分子链中,阻燃协同效果更显著,添加少量即可使材料的阻燃级别达到UL94V一0级;而且,与单用的卤系阻燃剂相比,无迁移之虞且有较大的抑烟效果,加工过程中还能起到优异的润滑作用,使阻燃材料容易充模,并降低了加工温度;同时,阻燃材料的冲击强度、耐热性等也得到了较大改善。

      固态物质在空气中燃烧一般可分为3个阶段:①物质受热分解产生可燃性气体产物;②可燃气体在空气中燃烧;③燃烧产生的部分热量使固态物质或熔融态物质继续分解,并使燃烧继续。阻燃机理的目的就是使上述3个阶段中的一个或者数个终止。例如用难燃或不燃的涂料将可燃物表面封闭起来,避免基材与空气接触,就可使可燃物表面变成难燃或不燃的表面。要实现涂层自身的难燃或不燃,可以把阻燃元素连接到有机高聚物分子中去,实现成膜物质的难燃化;或可以添加不燃性添加剂到涂料中去,增强涂料的难燃性;也可以采用不燃性的无机黏合剂作为涂层的成膜物质来实现涂层的不燃性。

       1 非膨胀型防火涂料的阻燃机理
非膨胀型防火涂料主要通过两条途径发挥防火作用:①是涂层自身的难燃性或不燃性;②在火焰或高温作用下分解释放出不可燃性气体(如水蒸气、氨气、氯化氢、二氧化碳等)以冲淡空气中氧气的浓度,并形成结构致密的不燃性“釉质层”,达到隔绝空气的目的。此过程是吸热反应,能消耗大量的热,有利于降低体系的温度。防火涂料中低密度耐高温的无机物或中空微球材料成膜时形成热导率低的隔热阻燃涂层,起到良好的防火隔热效果。

       2 膨胀型防火涂料的阻燃机理
膨胀型防火涂料成膜后,常温下与普通漆膜无异。但在火焰或高温下,涂层剧烈发泡炭化,形成一个比原涂膜厚几十倍甚至几百倍的难燃的泡沫碳化层。它可以隔绝外界火源对基材的直接加热,起到阻燃作用。涂层炭化膨胀时,涂层厚度增大几十倍甚至上百倍,而涂层的导热系数却在下降,最后通过膨胀炭层传递到基材的热量只有原涂层的几十分之一甚至几百分之一,使基材得以较好的保护。从宏观上看,炭质层的形成对防火作用有4个方面的贡献:①隔断火焰对底材的直接加热;②涂层的软化、熔融、膨胀等物理变化及聚合物、填料、助剂的分解、蒸发和炭化等化学作用将吸收大量的热量;③隔绝底材和空气的接触;④分解出的不燃性气体能冲淡空气中氧气的浓度。在防火涂料中,通常膨胀型防火涂料的防火性能比非膨胀型防火性能优异。

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