高分子材料中阻燃技術(shù)應(yīng)用分析

季 哲

(南通東泰電工器材有限公司，江蘇 南通 226242)

0 引言

人們生活中常用的高分子材料主要有橡膠制品、纖維制品、塑料制品、涂料制品、膠水制品等，其最顯著的特征是化學(xué)分子式主要由碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)成，在應(yīng)用過程中具有較強的易燃性和可燃性。如果高分子材料在應(yīng)用過程中發(fā)生燃燒現(xiàn)象，燃燒的過程中會釋放大量的熱量，高分子材料中的火焰在燃燒過程時也不容易熄滅，部分高分子材料在燃燒過程中還可能釋放出大量的有毒氣體，從而嚴(yán)重威脅人們的生命安全。

在相關(guān)實驗中發(fā)現(xiàn)，高分子材料在空氣中遇到140℃以上的溫度便發(fā)生分解現(xiàn)象，分解后所產(chǎn)生的分解物中包含了大量的可揮發(fā)性可燃物。如果空氣中的可燃物積累到一定濃度后，便可能導(dǎo)致高分子材料發(fā)生燃燒。在實驗中科研人員還發(fā)現(xiàn)未應(yīng)用阻燃技術(shù)的高分子材料在空氣中的氧指數(shù)范圍達(dá)到24—30范圍內(nèi)便會發(fā)生燃燒現(xiàn)象，應(yīng)用了阻燃技術(shù)的高分子材料在空氣中氧指數(shù)范圍達(dá)到32以上才會發(fā)生燃燒現(xiàn)象，部分通過應(yīng)用化學(xué)阻燃技術(shù)的高分子材料還會在燃燒過程中對著火點實現(xiàn)“自我撲滅”。

表1 高分子材料應(yīng)用阻燃技術(shù)和未應(yīng)用阻燃技術(shù)對比Tab.1 Comparison of application and non-application of inflaming retarding technology in high polymer material

1 高分子材料應(yīng)用中的阻燃原理

在高分子材料中應(yīng)用阻燃技術(shù)的原理主要是通過適當(dāng)?shù)拇胧﹣頊p緩或阻止高分子材料的燃燒條件發(fā)生。目前在高分子材料中應(yīng)用的阻燃技術(shù)主要有兩種，一種是在高分子材料中添加相應(yīng)的阻燃劑，另一種是在高分子材料使用過程中應(yīng)用相應(yīng)的阻燃技術(shù)。這兩種方法都是通過改變原有高分子材料中的相關(guān)特性和包裹方式讓高分子具有阻燃能力。目前的高分子材料阻燃技術(shù)研究，科研人員還將阻燃技術(shù)朝著高效率、低污染方向發(fā)展。

2 高分子材料中阻燃技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1 納米技術(shù)在高分子材料阻燃技術(shù)中的應(yīng)用

高分子材料應(yīng)用納米復(fù)合技術(shù)的主要方法是在原有高分子材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中添加相應(yīng)的納米尺度結(jié)構(gòu)，這樣就可以在一定程度上對高分子材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，讓高分子材料在應(yīng)用過程中具備一定的阻燃能力。應(yīng)用納米阻燃技術(shù)是指在高分子材料中添加納米阻燃添加劑納米阻燃添加劑主要是由層狀硅酸鹽、石墨烯、層狀氫氧化物等材料組合而成，在這種復(fù)合材料中添加適當(dāng)?shù)膶訝罟杷猁}可以讓高分子材料具有良好的高熱穩(wěn)定性，還可以進(jìn)一步提高高分子材料應(yīng)用過程中的阻燃性能。研究人員通過將納米技術(shù)與無鹵材料進(jìn)行有效結(jié)合后，還可以形成一種新型的納米阻燃劑，這種阻燃劑相當(dāng)于無鹵阻燃劑，通過這種阻燃劑可以有效地降低聚合物阻燃劑的使用量，大幅度提升高分子材料的阻燃性能[1]。

在科學(xué)研究中，研究人員通過將納米技術(shù)與高分子材料技術(shù)融合，能夠把納米技術(shù)和有機蒙脫土、聚苯乙烯材料進(jìn)行有機結(jié)合，提高聚苯乙烯的阻燃效果。將聚苯乙烯和有機蒙脫土在高分子材料中的比例應(yīng)控制在2%，可以讓高分子材料具有極高的熱穩(wěn)定性。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，聚苯乙烯和有機蒙脫土的質(zhì)量每損失10%就可以降低高分子材料5.2℃的溫度，當(dāng)有機蒙脫土和聚苯乙烯的總體質(zhì)量損失達(dá)50%時，就可以降低高分子材料7.8℃的溫度。將有機蒙脫土和聚苯乙烯按照一定比例與納米技術(shù)結(jié)合而成的阻燃劑可以降低高分子材料在應(yīng)用過程中的放熱速率，進(jìn)一步減少高分子材料的熱反饋作用。即使高分子材料受到了燃燒的威脅，阻燃劑還可以對火焰的擴散起到阻燃作用，降低高分子材料的燃燒可能性。通過聚苯乙烯和有機蒙脫土的結(jié)合還可以進(jìn)一步提高高分子材料的表面物質(zhì)黏度，減緩高分子材料在燃燒過程中的速率。在高分子材料中應(yīng)用納米碳管等復(fù)合材料可以將可燃物與燃燒區(qū)域之間的燃料供給路線切斷。目前，納米阻燃技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于航空航天等高科技領(lǐng)域[2]。

2.2 微膠囊技術(shù)在高分子阻燃材料中的應(yīng)用

微膠囊技術(shù)是當(dāng)前高分子阻燃研究領(lǐng)域的應(yīng)用之一。應(yīng)用微膠囊技術(shù)進(jìn)行阻燃過程中，將無機阻燃劑或有機阻燃劑用微米劑量的微小容器進(jìn)行包裹，實現(xiàn)阻燃劑在應(yīng)用過程中的微膠囊化。微膠囊技術(shù)中所選擇的容器材料主要通過植物蛋白質(zhì)、植物纖維素、動物膠原蛋白等天然的高分子材料進(jìn)行組合，通過這種材料所組成的溶劑材料便不會與阻燃劑發(fā)生相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)。歐美國家研究人員還研究出通過聚苯乙烯、聚酯乙烯、聚乙乙烯等人工材料組合成的高分子天然容器，由于這種容器材料需要通過特制的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，因此生產(chǎn)成本較高，并未在微膠囊技術(shù)中得到普及應(yīng)用。在后續(xù)的研究中，實驗人員在將包裹阻燃劑的微膠囊進(jìn)行高熱反應(yīng)過程中，發(fā)現(xiàn)膠囊外壁會由于溫度上升出現(xiàn)溶解破裂現(xiàn)象，膠囊內(nèi)部的阻燃劑會被釋放，通過阻燃劑的釋放便可以對燃燒的物質(zhì)進(jìn)行阻燃。微膠囊技術(shù)的阻燃效果與微膠囊的直徑大小、微膠囊囊壁的厚度、微膠囊內(nèi)部阻燃劑的釋放速度有著直接關(guān)系。還需要對微膠囊阻燃技術(shù)在應(yīng)用過程中的阻燃劑形態(tài)和性能進(jìn)行改善，這樣可以提高高分子材料的阻燃性能。

2.3 化學(xué)反應(yīng)技術(shù)在高分子阻燃材料中的應(yīng)用

在高分子阻燃材料中應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)技術(shù)主要通過對高分子材料中的物質(zhì)進(jìn)行共聚、交聯(lián)、接枝等相應(yīng)技術(shù)來實現(xiàn)。通過化學(xué)反應(yīng)技術(shù)可以讓高分子在遇到燃燒的情況下，通過內(nèi)部物質(zhì)發(fā)生相應(yīng)化學(xué)反應(yīng)在高分子材料的分子主鏈上釋放出阻燃元素或阻燃機體，通過阻燃性較高的分子材料可以將傳統(tǒng)易燃燒的高分子材料進(jìn)行替換。目前所應(yīng)用的化學(xué)反應(yīng)技術(shù)大多數(shù)都是輻射交聯(lián)技術(shù)，通過這種技術(shù)的應(yīng)用可以使高分子材料內(nèi)部的分子鏈發(fā)生交匯現(xiàn)象，這樣就可以阻止高分子材料在燃燒過程中發(fā)生的火焰擴散問題，還可以確保高分子材料在燃燒過程中燃燒部分會在短時間內(nèi)成炭，在一定程度上幫助高分子材料進(jìn)行阻燃。通過將高分子材料內(nèi)部的聚苯乙烯進(jìn)行交聯(lián)，還可以進(jìn)一步降低高分子材料在燃燒過程中的速度，也不會出現(xiàn)溶液滴落問題。這種技術(shù)在應(yīng)用過程中并不需要相應(yīng)的催化劑和引發(fā)劑，只需要高分子材料在應(yīng)用過程中遇到外界環(huán)境過熱便可以直接在高分子材料內(nèi)部出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)在發(fā)生過程中也不會造成環(huán)境污染問題。通過化學(xué)反應(yīng)技術(shù)在高分子材料中的應(yīng)用，可以將高分子材料的應(yīng)用范圍不斷拓寬，進(jìn)而推動高分子材料在各個行業(yè)中的普及。

3 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，高分子材料已經(jīng)在我國的各行各業(yè)中廣泛地被應(yīng)用。隨著高分子材料在生活中的進(jìn)一步普及，人們對高分子材料易燃性和可燃性的威脅給予了足夠的重視，只有消除高分子材料容易燃燒的隱患，才可以保障人們的生命安全。