淺談高分子材料阻燃技術

摘要：阻燃技術是一種非常有效的能夠防止火災事故發生的預防技術。目前，我國在阻燃材料研究領域還有待進一步深入研究，尤其在材料防火性能上需要進一步優化和完善。現階段，阻燃材料在實際火災中會產生大量的煙霧，并產生釋放大量的有毒氣體，而使用高分子材料的阻燃技術可以最大限度地改善上述情況。本文主要介紹高分子材料阻燃技術及其應用，以供參考。

關鍵詞：高分子材料；阻燃技術；阻燃劑

在日常生活中，人們常用的生活用品大多是是塑料、纖維和橡膠等高分子材料制品。而高分子材料具有很高的可燃性和易燃性，在高溫下容易發生燃燒，并產生大量的熱量。另外，高分子材料在燃燒時，不僅火焰很難撲滅，而且會不斷產生大量的有毒氣體，危害健康。面對這些問題，科研人員深入研究阻燃技術，研發了一種可以克服傳統阻燃技術缺點的新型阻燃材料，通過聚合物聚合，可以降低反應的溫度，不會產生有害氣體，避免對人體造成傷害。通過大量的研究，技術人員發現，可以利用某些高分子材料達到很好的阻燃性能。目前，常用的阻燃劑有鹵系、磷系、無機三種，它們在實際的燃燒過程中都具有很好的性能，可以大大增強阻燃效果。

一、高分子材料的阻燃機理

目前，科研人員對阻燃技術科學改進，采用高分子材料解決處理防火弊端及劣勢，這種基于高分子材料的阻燃技術有著嚴格的科學依據。在使用時，高分子材料的阻燃技術表現出良好的阻燃效果。它的作用是在高分子材料的結構和組成發生改變時，形成一層保護膜，從而防止處在燃燒環境中的材料被燒毀。在分析阻燃技術的具體使用機制時，可以從兩個方面展開討論。這也是阻燃的關鍵因素：一方面是隔絕氧；另一方面是降低燃燒環境的溫度。

凝聚相阻燃機理是應用在氧氣隔離中的有效手段，科研人員發現在這種材料的燃燒過程中會產生眾多細小分子，而這些細小分子一旦產生就會發揮良好的阻燃作用，在燃燒反應發生時能夠中斷其鏈式反應從而使材料的熱分解溫度得到顯著的提升。而且在燃燒時，大量的水汽與阻燃高分子材料中的氫、氧混合在一起，形成大量的水霧，將燃燒材料的表面包裹，從而達到理想的阻燃效果。這種水霧還可以有效降低燃燒材料的溫度，將材料中的孔隙完全封閉，從而達到更好的隔絕效果。在實際的阻燃中，凝聚相具有四種不同的阻燃方式：一是在燃燒時會產生一些惰性氣體，影響火焰的燃燒。二是多碳氣孔可以在實際的阻燃過程中生成，從而達到阻燃的目的。三是這種材料在燃燒時會吸收大量的熱量，導致材料的表面溫度下降。四是無機分子的高比熱容，可以在燃燒時分子與分子之間發生氧化還原反應，從而達到理想的阻燃效果。

二、高分子材料阻燃技術的意義

目前，高分子復合材料是一類新型的復合材料。它在克服了以往復合材料在應用與功能上存在的缺陷的同時，也為技術創新提供了全新挑戰，而阻燃技術便是其中關鍵的一種。高分子材料分為塑料、橡膠、纖維等幾類。它們的組成元素是氫氣，因此，高分子材料很容易與氧等活性氣體發生反應，快速燃燒并產生大量的氣體，甚至引起爆炸。由于高分子材料組成元素不同于普通的火柴燃燒等形式，高分子物質在燃燒時產生巨量的有毒氣體，并且很難完全熄滅，這對自然環境及人們的健康都將產生極大的危害。因此，科研人員必須認真分析和研究高分子材料的阻燃技術。

三、高分子材料阻燃劑的分類

（一）無機阻燃劑

無機阻燃劑的應用機理是利用燃燒過程中將無機化合物升溫，使其產生水汽，從而形成一層保護膜，起到隔絕氧氣的作用，同時還可以吸收大量的熱量，降低燃燒溫度。在實際的燃燒情況下，無機阻燃劑會產生大量的水。在高溫的情況下，無機阻燃劑會產生更多的水，這些水能在一定程度上吸收周圍的熱能，進而揮發為水蒸氣，從而極大地降低周圍可燃環境的溫度，實現阻燃效果。另一種常用的阻燃材料，可以在燃燒時與氧氣進行氧化還原反應，生成一種新型的化合物。這種新型的化合物可以在一定程度上保護材料的表面，有效隔絕空氣中的氧氣。例如，三氧化鋁是一種常用的阻燃材料，通過燃燒可以在材料的表面形成一層非常精細的氧化物膜，在燃燒時可以起到很好的阻燃作用，也可以防止有害氣體排放，在防火工作中得到廣泛的應用。

（二）鹵素阻燃劑

在元素周期表上，鹵系元素具備極其良好的阻燃性能。例如，在日常生活中常見的一種鹵系元素所組成的化合物，就是空調中的氟利昂。它本身就是一種極易揮發的物質，在物質中分別添加氟元素和氯元素，通過比較兩種物質的沸點，可以很清楚地看出，含氟的物質的沸點要比含氯的物質沸點低得多。在眾多化合物中，如果含有三個氯分子，那么標準沸點則處在61.2℃，而如果在眾多化合物中包含三個氟分子則標準沸點就會處在極低的-128℃，可見含氟化合物具有效果顯著的阻燃性能。鹵系元素的物理和化學性能就會變得非常穩定，并且與多種高分子材料有著很好的兼容性，可以讓它在燃燒環境下保持非常穩定，不容易產生化學反應。由于這些優異的性能，鹵系阻燃劑得到了廣泛的應用。

（三）磷系阻燃劑

磷系阻燃劑利用元素周期表中的磷元素阻燃，其中常見的磷有白磷、紅磷、亞磷酸酯等。它們的主要作用是在燃燒時形成一層碳薄膜，這層碳薄膜不但可以對冷卻燃燒材料，而且可以隔絕空氣中的氧氣，從而起到很好的阻燃作用。科研人員經過大量研究發現，紅磷與白磷的混合使用，阻燃性能比單獨使用紅磷、白磷時效果好。白磷在燃燒過程中產生的五氧化二磷和紅磷燃燒釋放出的白色煙霧是阻燃的主要物質。白磷、紅磷可以用來制造一種叫作次磷酸的阻燃劑。次磷酸在燃燒時會發生強烈的氧化還原反應，生成非助燃的氣體如磷酸氫和氫氣。另外，這種非助燃的氣體和空氣混合在一起，可以大幅度地降低氧氣的濃度，間接減少材料的表面和氧氣的接觸，從而達到很好的阻燃效果。

四、高分子材料阻燃技術的應用

（一）碳納米管阻燃

納米復合阻燃材料是以納米材料為核心。納米材料的研究為相關行業的發展提供了很大的可能性，尤其納米技術的應用給高分子阻燃材料的應用帶來全新的契機。科學研究已經證實，把納米結構加入高分子物質中能夠改善物質的結構，從而達到阻燃效果。納米添加劑的種類很多，其中碳納米管、石墨、硅酸鹽等在高分子材料中的應用較為廣泛。碳納米管有特殊的結構，具有更高的機械、電和熱性能，可被視為富勒烯。由沿矢量方向卷曲石墨360構成的封閉管可與其他阻燃劑一起使用，能夠顯著提高材料的阻燃效果。與傳統材料相比，硅酸鹽阻燃劑具有良好的綜合性能，并改善材料的物理性能，包括阻燃性、機械性能和熱穩定性。在硅酸鹽改性中，常采用有機陽離子改善其表面性質，改善其與高分子的兼容性，改善其應用效果。石墨阻燃劑在電極材料、生物、電子傳感器等方面都具有很高的穩定性，有很好的應用前景。在聚合物中添加適當的有機蒙脫石和PS物質，可以制備具有良好阻燃效果的PS/OMMT。在配制時，需要多次調整配比，使兩種物料的配比更合理，能夠迅速減少物料在燃燒時的熱量釋放，防止局部熱量回饋，從而有效減少火災的發生。該技術在汽車行業中得到了廣泛的應用。

在聚合物材料的燃燒技術中，微膠囊技術非常重要。該技術基于已有的單壁碳納米管結構，并已被廣泛應用。微膠囊工藝是把無機阻燃物放入納米膠囊中，材料主要是自然高分子材料，也就是纖維素和蛋白質及其高分子復合材料。如果聚合物材料燃燒，由此產生的高溫使含有阻燃劑的微膠囊熔化，而正阻燃劑則逃離微膠囊停止燃燒。該技術更加精確，而且不會影響到其他材料的防火性能。在制備微囊時，技術人員必須重視微囊壁厚度、體積大小等方面的因素，并對細節進行嚴格的控制，以改善材料的防火性能。

在選擇膠囊殼材質時，多數選擇的高分子材質，包括天然橡膠、天然纖維素、蛋白質等。這些外殼的特殊材質，能夠保證膠囊的外殼在熔化的過程中沒有排放有害的氣體，并且沒有出現可以繼續增加不良反應的化學物質。同時，這種物質更加易于收集，能夠有效維護生態安全。

（二）化學反應技術

化學反應技術主要是通過共聚、結合和連接來實現的。這種方法可以將阻燃元素或基板通過相應的化學反應導入高分子材料的主鏈或側鏈中，然后用高分子防火材料取代高分子易燃材料。現在，人們普遍采用的技術是利用射線對高分子物質進行輻射，這樣可以使物質中的分子鏈相互交叉，降低在燃燒和熔融時產生的不良現象。高分子材料能夠提高碳化物生成的概率，從而實現阻燃效果。采用普通的聚苯乙烯后，可以大幅度地降低燃燒速率，不會產生熔膠的問題，在其表面形成高濃度碳層，包裹內塑料。該技術不需要引爆劑和催化劑，可以在一定的環境溫度下進行化學反應，不會引起污染。該技術不但使高分子的結構與性質發生了變化，而且使其應用領域得到擴展，并推動新技術產生。

（三）共聚、交聯與接枝技術

共聚、交聯和接枝技術是通過化學反應來實現的，因此，這一系列技術被稱為阻燃化學反應技術。材料是一個龐大而又復雜的體系，是由一系列的原子和各種化學鍵結合而成的。微小的原子之間的差別，或者是化學鍵的改變，都有可能使材料的特性發生變化。因此，改變聚合材料的易燃、易爆特性，可將一個側鏈替換掉。盡管這一轉變對化學知識、硬件設備的需求較大，但在實踐中取得了較好的效果。交聯防火涂料技術通過對聚合物進行一定的輻射，使聚合物材料在一定時期內發生不可預見的人為改變，從而增強其易燃和爆炸特性，但是輻射具有很大的危險性和不可控制性。不過，只要試驗成功，就可以在小范圍的應用，同時要保證這項技術在實際應用之前的穩定性。

五、高分子材料阻燃技術的研發動向分析

當今的企業正朝著現代化方向邁進，唯有順應時代的發展潮流，方能生存與發展。阻燃劑生產商改良磷酸鹽等化學成分，使阻燃劑的安全性得到改善。雖然阻燃劑的性能未發生改變，但是安全性已經有了很大的提高。隨著科技的飛速發展，阻燃產品的使用范圍越來越廣，發展勢頭也越來越好。關于材料燃燒產生的有毒氣體，改變傳統分子結構，提高材料對氣體的吸附能力，吸收有毒氣體。阻燃劑的大量應用與我國合成材料產業的發展密切相關，我國的阻燃產品的研制與應用已經達到一個新的高度。由于以往技術水平的限制，沒有氣體吸附能力物質燃燒所釋放的有害氣體，對人們的生命與健康構成威脅。隨著現代技術的不斷進步，新型阻燃劑已經具備了新的性能優勢。目前，人們對阻燃材料的耐熱性能和耐輻照性能的研究日益增多。在未來，阻燃劑將具有更加優良的作用。

六、結語

總之，高分子材料阻燃技術在很多方面都具有優勢，也是一種重要的防火技術。近年來，隨著我國消防工作的全面開展，防火需求越來越高，耐火材料的大量涌現，取得了較好的成效，但材料阻燃技術實踐經驗不足，需要繼續發展和開拓。目前，國內外科研人員主要從事的領域有接枝、交聯、膨脹、納米技術等方面的研究，可以有效解決傳統的防火技術中存在的煙塵、毒氣等問題，從而保證阻燃效果。在此基礎上，我國的阻燃技術工作者將繼續致力于高分子材料阻燃技術領域的研究，以促進其長期、穩定發展。

參考文獻：

[1]劉國棟.淺談高分子材料的阻燃技術[J].信息記錄材料，2019（07）：14-15.

[2]馬江敏，裴新婷，王思宇.淺析高分子材料的阻燃技術[J].南方農機，2017，48（03）：117，128.

[3]蔣玄，王科，顧露瑩.淺析高分子材料的阻燃技術[J].化工管理，2016（05）：150.

[4]金中仕.試論高分子材料的阻燃技術[J].化工管理，2017（02）：162.

[5]吳代烜.高分子材料的阻燃技術探析[J].科學中國人，2014（16）：27.

[6]吳盛.高分子材料的阻燃技術探析[J].化工管理，2017（36）：93.