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阻燃剂的阻燃作用到底怎么样

文字:[大][中][小] 2018-1-19  浏览次数:464

阻燃剂发挥阻燃作用主要包括四种效应:

(1)冷却效应:一些阻燃剂能够吸收塑料在燃烧时所释放的热量,使燃烧的塑料温度下降,防止它继续降解或裂解,中断可燃气体的来源,使火焰熄灭,如有机磷氮膨胀型阻燃剂;
(2)隔绝效应:在燃烧过程中产生不燃性气体或泡沫层,或形成一层液体或固体覆盖层,使燃烧过程因无氧补充而中止,如卤素阻燃剂、膨胀型石墨和多元醇及聚乙烯醇等;
(3)消除自由基效应:在燃烧过程中能消除裂解或热解产生的自由基O·及OH·,使燃烧的链反应中段,切断可燃气体的来源,如卤素阻燃剂;
(4)稀释效应:在燃烧时能释放出惰性气体,稀释可燃气体及燃烧区域中的氧的浓度,使燃烧不能进行,如硼化合物与钼化合物。

在实际应用中,阻燃剂的几种阻燃效应会发挥协同作用, 能起到更好的阻燃效果,既节省了用量,又提高了阻燃效率。聚合物的燃烧是一个非常激烈复杂的热氧化反应,具有冒发浓烟或炽烈火焰的特征。燃烧的一般过程是在外界热源的不断加热下,聚合物先与空气中的氧发生自由基链式降解反应,产生挥发性可燃物,该物达到一定浓度和温度时就会着火燃烧起来,燃烧所放出的一部分热量供给正在降解的聚合物,进一步加剧其降解,产生更多的可燃性气体,火焰在很短的时间内就会迅速蔓延而造成一场大火。它是一类能够阻止塑料引燃或抑制火焰传播的助剂。根据其使用方法可分为添加型和反应型两类,添加型阻燃剂是在塑料的加工过程中掺入塑料中,多用于热塑性塑料。反应型阻燃剂是在聚合物合成过程中作为单体化学键合到聚合物分子链上,多用于热固性塑料,有些反应型阻燃剂也可用作添加型阻燃剂。按照化学结构,阻燃剂又可分为无机和有机两类,在这些化合物中多含有卤素和磷,有的含有锑、硼、铝等元素。

阻燃剂的阻燃作用就是在聚合物材料的燃烧过程中能阻止或抑制其物理或化学变化的速度,具体说来,这些作用体现在以下几个方面。
(1)吸热 效应其作用是使高聚物材料的温度上升发生困难,例如,硼砂具有10个分子的结晶水, 由于释放出结晶水要夺取141.8kJ/mol热量,因其吸热而使材料的温度上升受到了抑制,从而产生阻燃效果。水合氧化铝的阻燃作用也是因其受热脱水产生吸热效应的缘故。另外,一些热塑性聚合物裂解时常产生的熔滴,因能离开燃烧区移走反应热,也能发挥一定的阻燃效果。
(2) 覆盖效应其作用是在较高温度下生成稳定的覆盖层,或分解生成泡沫状物质,覆盖于高聚物材料的表面,使燃烧产生的热量难以传入材料内部,使高聚物材料因热分解而生成的可燃性气体难于逸出,并对材料起隔绝空气的作用,从而抑制材料裂解,达到阻燃的效果。如磷酸酯类化合物和防火发泡涂料等可按此机理发挥作用。
(3) 稀释效应此类物质在受热分解时能够产生大量的不燃性气体,使高聚物材料所产生的可燃性气体和空气中氧气被稀释而达不到可燃的浓度范围,从而阻止高聚物材料的发火燃烧。能够作为稀释气体的有CO2, NH3, HCl和H2O等。磷酸胺、氯化胺、碳酸胺等加热时就能产生这种不燃性气体。
(4) 转移效应其作用是改变高聚物材料热分解的模式,从而抑制可燃性气体的产生。例如,利用酸或碱使纤维素产生脱水反应而分解成为炭和水,因为不产生可燃性气体,也就不能着火燃烧。氯化胺、磷酸胺、磷酸酯等能分解产生这类物质,催化材料稠环炭化,达到阻燃目的。
(5) 抑制效应(捕捉自由基),高聚物的燃烧主要是自由基连锁反应,有些物质能捕捉燃烧反应的活性中间体HO·、H ·、·O·、HOO·等,抑制自由基连锁反应,使燃烧速度降低直至火焰熄灭。常用的溴类、氯类等有机卤素化合物就有这种抑制效应。
(6) 增强效应(协同效应) 有些材料,若单独使用并无阻燃效果或阻燃效果不大,多种材料并用就可起到增强阻燃的效果。三氧化二锑与卤素化合物并用,就是最为典型的例子。其结果是,不但可以提高阻燃效率,而且阻燃剂的用量也可减少。

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