淺析高分子材料的阻燃技術

陳少靜

摘 要：隨著工業技術的迅速發展，高分子材料材質的抗破壞能力和阻燃性能也越來越強。但由于高分子燃料在燃燒過程中無法在很短的時間里釋放出熱量，有時候還可能產生很多的有毒物質，所以因高分子的阻燃性能仍然較低所造成的火災事故還很頻繁，由此而造成的各項經濟損失也很大。因此，如何進一步增強高分子材料的阻燃性能，還需要加大對其的研究力度。本文將從高分子材料的燃燒及阻燃機理入手，通過分析高分子阻燃劑的種類，探討高分子阻燃技術的實際應用以及未來的發展方向。

關鍵詞：高分子材料;阻燃技術;實際應用;發展方向

1 高分子材料的燃燒和阻燃機理

1.1 高分子材料的燃燒機理

由于熱量的影響，高分子材料的化學性質會產生極大的變化，能夠分解揮發出許多可燃物質，受熱分解的產物在固相和氣相環境下又迅速分解。若燃燒未遵守熱平衡的原理，那么高分子就會伴隨其產生的熱量和燃燒的熱量的改變而產生質的變化。

1.2 高分子材料的阻燃機理

高分子材料的阻燃技術是針對于其燃燒機理而研發的。如果高分子材料穩定燃燒，那么必須具有可燃性、穩定性，可以把重質物質隔離起來。因而阻燃技術就是冷卻、稀釋材料進而達到阻燃的最終目的。當前的高分子材料阻燃技術的主要方法是添加型，反應型利用較少，所以在阻燃材料的研究過程中，添加劑的應用成為重中之重。

2 高分子材料阻燃添加劑的種類

2.1 磷系阻燃劑

含鹵磷酸醋在磷系阻燃劑中應用的最為廣泛，它是在高分子受熱降解的過程中促使高分子材料發生脫水碳化反應，一方面減少可燃氣體，另一方面利用磷化合物不揮發的特性，隔絕或凝結碳化物，限制其與外界熱量和空氣的接觸。

2.2 鹵系阻燃劑

鹵系阻燃劑是目前世界上產量最大的有機阻燃劑之一，添加量少、阻燃效果顯著。含氯的阻燃劑主要有氯化石蠟、氯化聚乙烯等;含溴阻燃劑因阻燃效果較好，應用極為廣泛，逐漸取代氯系阻燃劑。鹵系阻燃劑阻燃機理比較清楚，但其阻燃的同時，也帶來了一些嚴重的問題，放出大量的有毒氣體（如HCl，HBr等），鹵化氫氣體易吸收空氣中的水分形成氫鹵酸，具有很強的腐蝕作用，并產生大量的煙霧，這些煙霧、有毒氣體和腐蝕性氣體給滅火、逃離和恢復工作帶來很大的困難。

2.3 含硅阻燃劑

有機含硅阻燃劑作為一個一項新型的阻燃劑，主要有硅院共聚物和有硅樹脂這兩種。當前由美國通用公司生產出來的SFR一100有機硅阻燃劑是應用最為典型的，它是將硅酮聚合物與氫氧化物和聚磷酸錢協同使用，進一步增強阻燃效果。

2.4 本質阻燃劑

所謂本質阻燃劑指的是利用那些高分子材料本身具有的化學結構阻燃性來生產和制作高分子材料的一種阻燃技術。例如芳基乙訣聚合物，它的炭化層能夠承受住1500一2000度的高溫，可以應用于宇宙飛船、火箭等當中。根據本質阻燃劑研發的高分子材料可以從本質上解決其易燃的問題，是未來高分子材料阻燃技術的發展方向。

2.5 無機阻燃劑

無機阻燃劑的原理是，阻燃劑受熱分解后，一方面產生水蒸氣降低燃燒的溫度，阻止燃燒的繼續，稀釋可燃氣體;另一方面產生氧化鎂和氧化鋁等，與高分子材料燃燒表面所產生的炭化合物進行反應，形成一層保護膜，有效隔絕可燃氣體和外界的熱量、氧氣，從而實現阻燃的目的。可見，無機阻燃劑具有不產生有毒的氣體、阻燃效果較好、無二次污染、穩定性好等優勢。

3 高分子材料阻燃技術的運用

3.1 阻燃劑

阻燃劑的使用能夠大幅降低高分子材料的可燃性，緩和燃燒速度。根據高分子結構分子分散的形式，阻燃劑分為反應型和添加型兩種：

3.1.1 反應型

當阻燃劑和熱塑性高分子產生化學反應時，會強烈干擾分子結構的固熱性，此時阻燃劑中的氮系、磷系、銻系、無機磷系、鋁鎂系等的結構都能夠隔絕分子間傳輸熱量。

3.1.2 添加型

添加型阻燃劑是利用催化劑的原理，對高分子的阻燃結構進行熱量轉化，其實際效果比反應型的要好。但因為陰燃過程中阻燃劑會產生出毒性氣體，所以應當增加阻燃劑的吸附能力，采用有機鹽、磷酸脂、多元醇等來提升阻燃劑的安全系數。

3.2 阻燃技術

阻燃技術在消防領域中的應用程度最高，而阻燃劑作為阻燃技術落實的重要載體，其高分子結構對阻燃效果的影響巨大，阻燃技術也是根據阻燃劑的化學性質改變其分子結構，因此阻燃技術要求在增強高分子材料的脫水碳化時不產生多余可燃性氣體和有毒氣體。

3.2.1 碳膜

可燃材料在與阻燃劑產生化學反應時，會生成碳化膜，碳化膜可以有效隔絕可燃材料和外部環境的進一步接觸，同時還可以隔絕空氣，增強阻燃劑的陰燃效果。

3.2.2 無機阻燃技術

無機阻燃技術的機理是阻燃劑在受熱情況下會產生許多有吸熱功能的水晶體，這些水晶體的蒸發能夠轉換掉大量的熱量，使得高分子材料的溫度降低，其熱分解的速率也進一步降低。這一技術主要是根據阻燃劑的導熱、蓄熱作用及其周期性的變化，循環吸收多余熱量，擴大陰燃面積。

4 高分子材料阻燃技術未來的發展方向

4.1 接枝和交聯改性技術

接枝和交聯是使高分子材料功能化的一種有效方法，近年來這一技術也已用于使高分子材料阻燃化。接枝包括化學接枝和光敏接枝等，通過接枝共聚以提高聚合物的熱穩定性及阻燃性多系凝聚相阻燃模式，即借助于成炭來實現的。因為接枝單體能在聚合物的表面形成粘附的絕緣層，特別是無機絕緣層，對改善聚合物的阻燃性尤為有效。而使高分子材料本身交聯，或者高分子材料的熱裂解產物在凝聚相中交聯，也可減少可燃產物的生成量而改善材料的阻燃性，多以輻射交聯為主。

4.2 膨脹技術

在眾多的阻燃體系中，最近發展的膨脹阻燃體系由于在燃燒過程中發煙量少、無滴落和無毒氣等優點而引起人們的注意。膨脹阻燃體系一般需三種主要成分：炭化劑、炭化促進劑、發泡劑。膨脹型阻燃劑最早用于涂料業，配制用于船舶、建筑裝飾材料、電纜外皮等的耐火涂層。近年來，國外己有一些比較成熟的膨脹阻燃體系用于塑料、橡膠等材料及制品。

4.3 納米技術

隨著納米技術的迅速發展，其應用領域也不斷拓展，日本曾研發的納米硅酸鹽粘土材料，阻燃性能非常好，它的直徑為0.4一0.snm，燃燒過程中所生成的凝聚產物可以較好的封閉氣孔，隔絕和空氣的接觸。納米材料能在燃燒時產生抑制劑，使物質內部發生質變，同時延緩熱釋放速率，阻燃性能優良，因而是未來高分子材料陰燃技術的發展方向。

4.4 微膠囊技術

微膠囊化一般是指將物質包裹于數微米至數百微米的微小容器中，從而起到保護和控制釋放等作用。目前，將無機或有機的阻燃劑進行微膠囊化的研究正處于阻燃劑新技術的熱點，并已從研制階段進入實用階段。囊材主要有兩類，一類是天然高分子材料，如動物膠、各種蛋白質、淀粉、纖維素等。另一類是人工合成的高分子，如聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯、環氧樹脂等。囊材不與包裹的阻燃劑發生化學反應，當制品一旦遇火受高熱時，囊壁立即熔融破裂，從而釋放出阻燃劑。阻燃劑微膠囊的大小、囊壁的厚度、強度以及阻燃劑的釋放度等物理性質均會影響阻燃劑的阻燃效果。微膠囊化在改善阻燃劑的形態、效能以及減少環境污染等方面都有所作用。

5 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。

參考文獻

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