高分子材料阻燃技術(shù)的應(yīng)用分析

【摘 要】原有阻燃技術(shù)在處理工藝方面存有一定的缺陷，出現(xiàn)排煙量大、滴落面積大、毒害氣體，嚴(yán)重威脅著人們的身體健康。而現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)高分子加聚反應(yīng)產(chǎn)生的化合物，不但能夠降低反應(yīng)溫度，而且還不會(huì)產(chǎn)生有害產(chǎn)物。為了降低物質(zhì)易燃特性，筆者針對(duì)高分子材料阻燃技術(shù)進(jìn)行了分析。其中包括：無(wú)機(jī)阻燃劑、鹵系阻燃劑以及磷系阻燃劑，這幾種阻燃劑不但能夠隔斷物質(zhì)與空氣的接觸面積，而且還能降低物質(zhì)燃燒時(shí)的溫度，以此達(dá)到較為理想的阻燃效果。

【關(guān)鍵詞】高分子材料 阻燃技術(shù) 無(wú)機(jī)阻燃劑 鹵系阻燃劑

1 高分子材料的阻燃機(jī)理

高分子材料的阻燃機(jī)理是破壞原有高分子成分，形成新的保護(hù)膜或隔離層，達(dá)到抑制分子燃燒的效果。一般阻燃性質(zhì)從兩個(gè)原理中進(jìn)行分析，分別為隔氧及溫度，隔氧采用凝聚相阻燃機(jī)理，高分子阻燃材料在燃燒過(guò)程中，形成阻燃細(xì)微分子，中斷該鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中斷后，分子熱分解的溫度較高，所以燃燒后期會(huì)形成水蒸氣，阻燃材料高分子中含有大量的氫氧元素，與空氣接觸后，便會(huì)形成水霧覆蓋在材料表層。其次便是能隔斷與空氣的接觸，形成的水霧除了降低表層溫度外，還能堵塞阻燃材料的氣孔，形成密閉環(huán)境，隔斷與空氣的接觸。凝聚相在作用機(jī)理中有4種阻燃模式，阻燃材料在燃燒過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生惰性氣體，延緩阻燃材料的燃燒；燃燒期間會(huì)產(chǎn)生多碳?xì)饪祝蛊渥枞疾牧想y以燃燒；反應(yīng)過(guò)程中會(huì)吸收大量的熱量，降低反應(yīng)溫度；其次無(wú)機(jī)比熱容較大的分子，在燃燒過(guò)程中，通過(guò)分子之間的氧化還原反應(yīng)，使分子發(fā)生質(zhì)變，促使反應(yīng)中斷停止。該兩種反應(yīng)在作用機(jī)理中大致相同，但在反應(yīng)中作用的機(jī)理很多，所以在劃分高分子阻燃體系結(jié)構(gòu)上仍十分復(fù)雜。

2 高分子材料阻燃劑的類別

2.1 無(wú)機(jī)阻燃劑

無(wú)機(jī)阻燃劑作用機(jī)理便是通過(guò)無(wú)機(jī)化合物的熱分解，產(chǎn)生保護(hù)膜或水蒸氣，隔斷與空氣接觸及降低燃燒溫度。無(wú)機(jī)阻燃劑在燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶水，溫度升高后，吸收周圍熱量，降低其燃燒溫度，阻斷其物質(zhì)的燃燒；另一種便是通過(guò)阻燃劑燃燒形成保護(hù)膜，例如：Al（OH）3燃燒過(guò)程中，產(chǎn)生致密的氧化層薄膜，隔斷物質(zhì)與空氣的接觸面積。無(wú)機(jī)阻燃劑化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生較為污染有害氣體，一般常用作防火無(wú)機(jī)阻燃劑。

2.2 鹵系阻燃劑

在元素周期表中，鹵系元素包括：氟、氯、溴、碘，該元素形成的化合物具有高效的阻燃效果。化合物中含有氟利昂，該化合物易散發(fā)，破壞臭氧層。在該物質(zhì)中分別添加氯元素及氟元素，然后對(duì)標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)進(jìn)行比對(duì)。其中添加氯元素標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)升高，化合物中含有3個(gè)氯分子時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)為61.2℃；其中添加氟元素標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)降低，化合物中含有3個(gè)氟分子時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)為-128℃，具體數(shù)據(jù)量如表1所示。含氯化合物阻燃劑具有良好的阻燃性，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，能與多種高分子化合物相融，不影響化學(xué)反應(yīng)。溴元素阻燃化合物包括：十溴聯(lián)苯醚、四溴苯酚、六溴環(huán)十二烷等，化學(xué)穩(wěn)定性位于氯和碘元素之間，具有良好的阻燃性。鹵系元素雖然具有良好的阻燃性，一般阻燃劑內(nèi)都添加少量的鹵系元素，保證達(dá)到阻燃效果。

表1 氟、氯化合物標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)比對(duì)表

2.3 磷系阻燃劑

磷系阻燃劑包括：紅磷、白磷、磷酸氫二銨以及亞磷酸酯等化合物，磷系化合物在燃燒過(guò)程中會(huì)形成性碳膜，該膜除了降低外圍溫度外，還能起到隔斷空氣的作用，達(dá)到理想的阻燃效果。其次紅磷與白磷的混合，也能起到良好的阻燃性。紅磷在空氣中燃燒發(fā)出淡藍(lán)色的火焰，并產(chǎn)生大量白煙；白磷燃燒性質(zhì)與紅磷相似，最終產(chǎn)物都是五氧化二磷，兩種磷在制備次磷酸阻燃劑中，能夠提升與液體水的混合比例。次磷酸（H3PO2），分子量60，與強(qiáng)氧化劑反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)生磷酸氫及氫氣等，不會(huì)產(chǎn)生助燃?xì)怏w成分。針對(duì)磷系阻燃劑的配比關(guān)系，其中次磷酸中磷含量占有比例在35%，亞磷酸中磷含量占有比例在27%，保證磷系元素達(dá)到理想的阻燃效果。

3 高分子材料阻燃技術(shù)的發(fā)展

3.1 納米技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，納米技術(shù)也逐步應(yīng)用于高分子材料阻燃技術(shù)中，日本曾研發(fā)出納米硅酸鹽黏土納米材料，這種材料具有優(yōu)異的阻燃特性。納米材料在燃燒過(guò)程中，產(chǎn)生抑制劑，改變?nèi)紵镔|(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使其發(fā)生質(zhì)變。研制出的納米硅酸鹽黏土分子直徑在0.4-0.5nm，產(chǎn)生的凝聚產(chǎn)物能夠封閉其氣孔，隔斷與空氣的接觸面積。其次在熱釋放速率上也具有延緩效應(yīng)，保證有效時(shí)間內(nèi)散發(fā)的熱值最小。

3.2 接枝和交聯(lián)改性技術(shù)

接枝和交聯(lián)改性技術(shù)利用的是光敏技術(shù)與化學(xué)接枝，將多種無(wú)機(jī)化合物交織在一起，使其形成共聚化合物。共聚化合物在燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生無(wú)機(jī)絕緣層，吸收易燃物質(zhì)內(nèi)的高分子，減少助燃物質(zhì)內(nèi)的有效成分。其次該技術(shù)也可用于減少燃燒物質(zhì)后的產(chǎn)物，提高其阻燃性，最終達(dá)到理想狀態(tài)。

3.3 膨脹技術(shù)

膨脹技術(shù)般采用發(fā)泡劑作為阻燃物質(zhì)，發(fā)泡劑具有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)，包括：無(wú)排煙量、無(wú)毒氣、無(wú)滴落。原有技術(shù)在做阻燃處理工藝中，產(chǎn)生大量的有毒氣體，例如四溴苯酚在阻燃處理工藝中，產(chǎn)生大量的有毒氣體，不但會(huì)污染環(huán)境，而且還對(duì)人體健康造成傷害。無(wú)滴落主要體現(xiàn)在該阻燃劑不會(huì)產(chǎn)生腐蝕性液體，導(dǎo)致局部腐蝕。

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)高分子材料阻燃技術(shù)的應(yīng)用分析，使得筆者對(duì)此該技術(shù)有了更為深刻的認(rèn)知。這種技術(shù)不但能夠?qū)ξ镔|(zhì)燃燒起到阻燃特性，而且也不會(huì)污染環(huán)境。

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作者簡(jiǎn)介：陳鵬（1987—），男，漢族，江蘇南京人，初級(jí)工程師，現(xiàn)供職于：南京威格德塑料科技有限公司研究方向：高分子材料，塑料方面。