高分子材料的阻燃技術探析

李備戰(連云港海水化工有限公司 江蘇 222046)

一、前言

高分子材料在我國工業生產中被廣泛的運用，同時，人們日常生活中，很多阻燃材料也屬于高分子材料的范疇，近年來，我國消防監管愈加嚴格，對火災預防也更加重視，因此，分析高分子材料的阻燃技術也顯得格外的重要。

二、高分子材料阻燃機理

目前，高分子材料在阻燃行業運用的過程中，主要采用添加型方法，很少采用反應型方法，因此添加劑在阻燃材料中的使用更加廣泛，甚至決定了阻燃材料性能的好壞，到目前為止，阻燃材料研究的重點依然是對添加劑的研究問題，好的添加劑猶如化學反應的酶，能夠加快化學反應速率。

由于高分子材料遇到明火點燃之后，會發生劇烈的氧化反應，在燃燒的過程中，會釋放很多的羥基，由于羥基非?；顫?，且和其他的物質很容易結合，結合之后出現的產物是水和其他的有機物。而其他的有機物和氧氣進一步的結合會發生進一步的分解反應，又會形成新的有機物，在這種循環反應中，燃燒會一直持續，以上這就是高分子阻燃劑阻燃過程中的機理。

三、高分子材料的阻燃技術

1.PS/OMMT納米復合阻燃技術

隨著納米技術的不斷推廣，高分子材料的阻燃技術有了新的發展。目前，已經有技術研究表明，如果在高分子材料基體中加入納米尺度結構，就能夠有效的破壞高分子材料的內部結構，從而起到一定的阻燃效果。

目前，已經開始被使用于有機高分子/無機化合物納米復合阻燃材料中納米添加劑包括了層狀硅酸鹽、層狀雙羥基氫氧化物、石墨、碳納米管（CNT）等等等。通過深入的研究發現，如果能夠合理的添加PS以及有機蒙脫土（OMMT），并融合制備的PS/OMMT復合材料屬于一種插層型納米復合材料。這種復合材料和單純的PS進行比較后發現，如果能夠適當的添加有機黏土，那么，PS的阻燃效果會顯著提升。此外，在配制方面，如果PS和OMMT的比例達到了100/2，那么這該PS/OMMT復合材料的熱穩定性會有一個質的提升。研究發現，該比例下的復合材料在燃燒的情況下，質量損失10%和50%的溫度幾乎可以減少7.8℃和5.2℃，如果熱分解殘炭率達到了500%，那么其可以提升2.6%，極限氧指數提升了約為1.4%，熱釋放速率峰值（RPHRR）能夠減少21%。如果加入2、6、15份OMMT，PS/OMMT復合材料的RPHRR幾乎能夠分別提升到855、619.4、356.3KW/m2，和單純的PS相比較后發現，它分別減少了21%、44.7%和68.2%。從試驗的分析可以得出結論，即合理的加入了OMMT之后，PS燃燒過程中的放熱速率急劇下降，這就有效的避免了一部分的熱反饋作用，在很大程度上阻礙了火焰的擴散，降低了發生火災的概率。PS/OMMT復合材料熔體黏度提升之后，進一步的降低了可燃小分子化合物向燃燒區域擴散的速度，有效切斷了一部分的燃料供給。以上兩種因素的作用下，復合材料的阻燃性能顯著提升。

2.CNT材料阻燃技術

近年來，有研究顯示，單壁碳納米管（SWCNT）存在于聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）結構里的結構形態可以對PMMA/SWCMT納米復合材料的阻燃效果有不同程度的影響。由下圖的1（a）可以看出，SWCNT的分散情況可以對復合材料的阻燃效果產生非常巨大的影響。SWCNT在PMMA結構內分散比較勻稱的會后，引入0.5%的SWCMT就能夠令復合材料的RPHRR減少60%之多，熱釋放速率曲線開始變得的柔緩，燃燒時間能夠提升至290s，燃燒的速度非常的緩慢。此外，SWCNT也可以對PMMA/SWCMT納米復合材料的阻燃效果也會有很巨大的影響。

3.化學反應阻燃

采用共聚、交聯、接枝等形式的化學反應也可以有效的將阻燃元素以及基團引進高分子材料分子主鏈，或者側鏈中，進而把易燃、可燃高分子材料進一步的變換成能夠有阻燃效果的高分子材料。輻射交聯技術的使用也能夠生產出一種本質阻燃高分子材料。其原理是，利用γ射線來輻射高分子材料，進而促使高分子材料的分子鏈產生交匯，出現交匯之后，高分子材料燃燒時的熔融滴落的情況就會大大降低，使得高分子材料逐步成炭，進而有效提升了高分子材料的阻燃效果。

例如，一般的線形聚苯乙烯（PS）的極限氧指數大約只能夠達到17.5%，如果暴露在空氣中進行點燃，很容易就大面積的燃燒，熔融滴落的情況非常的嚴重，基本沒有任何的成碳情況出現，而且出現了很多的濃黑煙。但是，如果將苯乙烯（ST）單體和交聯劑二乙烯基苯（DVB）根據比例ST：DVB＝100:3（質量比）混合之后進行共聚，進而能夠出現交聯的PS的極限氧指數是18%，PS的水平燃燒速率從36mm/min降低到了23mm/min，減少了36.1%，錐形量熱儀實驗中熱釋放速率峰值（PHRR）減少了13.1%，質量損失速率峰值（PMLR）減少了9.4%，生煙速率峰值（PSRR）減少了22%，交聯之后，PS燃燒很慢，而且，沒有出現熔融滴落的情況，而且，表面有很濃的炭層，將碳層撥開后，可以看到內部的芯部是一種無色透明塑料。綜上研究，化學交聯是能夠進一步的引導線形高分子材料在遇熱的時候成炭，進而依靠碳層來有效的提升高分子材料的阻燃效果。

結束語

總之，隨著國內外對高分子材料的研究的不斷深入，很多新型的高分子材料涌現出來，而阻燃技術也在工業的發展中取得了很大的進展。隨著我國對消防工作的完善，阻燃產品的利用率也會大大提升，但是，目前的生產工藝還不能滿足市場的需求。

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