高分子材料阻燃技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展探究

郭永吉

(江西省贛州市公安消防支隊(duì)，江西 贛州 341000)

在現(xiàn)代生產(chǎn)生活中，高分子材料，如纖維、橡膠、塑料等，有著廣泛的應(yīng)用，成為經(jīng)濟(jì)建設(shè)與科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要材料。但這些材料通常都是可燃或易燃材料，需要通過添加阻燃劑來提升其阻燃性，否則易埋下火災(zāi)隱患。高分子材料在燃燒時還會產(chǎn)生有毒氣體，如：聚苯乙烯燃燒時會產(chǎn)生甲苯，聚氯乙烯燃燒時會產(chǎn)生氯化氫，容易給周邊環(huán)境和人們生命安全造成危害。近年來，隨著阻燃劑生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn)，新的阻燃技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，經(jīng)過阻燃處理的高分子材料品種與用量得到了大幅度的提升，高分子材料阻燃技術(shù)正朝著新的發(fā)展方向邁進(jìn)。

一、高分子材料阻燃劑的分類與技術(shù)應(yīng)用

高分子材料大多數(shù)屬于可燃、易燃材料，在空氣中受熱時，會分解生成一些揮發(fā)性可燃物，當(dāng)體系溫度與可燃物濃度過高時，便會發(fā)生燃燒。因此，人們對高分子材料的阻燃性能提出了更高的要求，而阻燃劑則是改變高分子材料燃燒性能的有效助劑，使原先可燃、易燃的材料具備難燃性、消煙性與自熄性，能極大限度的預(yù)防火災(zāi)，更好地滿足安全生產(chǎn)與生活需求。

阻燃劑的類型是多樣化的，按照組分來劃分包括以下幾類：一是有機(jī)阻燃劑，應(yīng)用產(chǎn)品主要有鹵代磷酸酯、磷酸酯、鹵系以及紡織物耐久性阻燃材料等；二是無機(jī)鹽類阻燃劑，應(yīng)用產(chǎn)品有硼酸、氫氧化鋁、氯化銨等，其優(yōu)勢在于無鹵無煙、無毒無害，是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的阻燃劑；三是有機(jī)、無機(jī)混合阻燃劑，改良于無機(jī)阻燃劑，有些可替換無機(jī)阻燃劑，有些則應(yīng)用于非水溶性有機(jī)磷酸酯的水溶液。按照所含阻燃元素，阻燃劑又可以劃分為：含硅阻燃劑(如硅樹脂、硅烷共聚物等)、磷系阻燃劑(如亞磷酸酯、含磷多元醇等)、鹵系阻燃劑(如含溴阻燃劑，阻燃效果明顯，但會釋放有毒氣體，增加逃離、滅火難度)。按照使用方法劃分，則包括反應(yīng)型與添加型兩種類型。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，高分子材料阻燃技術(shù)的應(yīng)用也有所突破，大致可分為三種技術(shù)：

1.阻燃劑微膠囊技術(shù)。

即把阻燃劑分散為微?；蛭⒁旱螒B(tài)，借助人工合成或天然聚合物材料，在基體表面形成一層惰性的保護(hù)膜，起到保護(hù)與阻燃作用。如上海化工研究院新技術(shù)室郝冬梅、伊亮等人用三聚氰胺-甲醛樹脂(MF)微膠囊將聚磷酸銨(APP)粒子包覆，結(jié)果顯示，隨著微膠囊用量的增加，阻燃材料的極限氧指數(shù)會相應(yīng)提高，當(dāng)微膠囊質(zhì)量分?jǐn)?shù)上升到30%時，阻燃材料則可以達(dá)到FV-0(阻燃等級分為HB、V-2、V-1、V-0四個等級，V-0為最高等級)的燃燒等級，抑煙效果也非常顯著。借助微膠囊化，還可將一些有較大毒性的阻燃劑變成無毒(低毒)阻燃劑，以便于材料加工與應(yīng)用。此外，將微膠囊包裹若干不同類型的助劑，還可以生產(chǎn)出多功能阻燃材料。

2.納米技術(shù)。

從傳統(tǒng)的阻燃劑看，其材料在價格、力學(xué)性能及環(huán)境污染等方面都有所欠缺。納米技術(shù)則開辟了阻燃技術(shù)的新領(lǐng)域，不但材料的用量有所減少，安全性能與效用大大提高，也降低了對環(huán)境造成的污染。歐洲多國發(fā)起名為Phoenix的合作計劃，依托納米技術(shù)，制備納米顆?；蛘邔⑵渑c無鹵材料有機(jī)結(jié)合，代替?zhèn)鹘y(tǒng)無鹵阻燃劑，降低了聚合物阻燃劑用量，提高了阻燃劑的效用。日本豐田汽車公司在汽車發(fā)動機(jī)配件上應(yīng)用了尼龍/層狀硅酸鹽納米材料，使產(chǎn)品的硬度和熱穩(wěn)定性得到提高。另外，聚合物無機(jī)物納米復(fù)合材料阻燃性良好，廣泛應(yīng)用于輪胎、電子電氣部件、飛機(jī)內(nèi)部材料生產(chǎn)等。

3.交聯(lián)與接枝改性技術(shù)。

近年來，交聯(lián)與接枝等技術(shù)成為高分子材料阻燃化的主要方法。其中，輻射交聯(lián)通常不需引發(fā)劑與催化劑，常溫下也可以反應(yīng)，且不會產(chǎn)生污染；聚合物交聯(lián)，既可改變結(jié)構(gòu)和性能，也拓寬了應(yīng)用范圍。隨著阻燃涂料的發(fā)展，20世紀(jì)90年代中期，膨脹阻燃技術(shù)開始發(fā)展起來，其特點(diǎn)如下：燃燒時，材料表面會出現(xiàn)一層均勻的炭質(zhì)泡沫層，起防融滴、抑煙、隔氧與隔熱功能，且燃燒過程中不會產(chǎn)生腐蝕性或有毒氣體、發(fā)煙量較低。近年來，膨脹阻燃技術(shù)的研發(fā)較為活躍，主要應(yīng)用于防火涂料、橡膠等材料和制品中。如美國HoechsCelanese公司推出了兩種新型膨脹型阻燃劑：Exolit IER-10與Exolit IER-11，廣泛應(yīng)用到阻燃PP、PE與彈性體，當(dāng)阻燃劑用量為25%-30%時，其氧化指數(shù)為30，達(dá)到了UL94V-0的阻燃級別，與未進(jìn)行阻燃處理的材料相比，密度提高了10-15%。

二、高分子材料阻燃技術(shù)的發(fā)展趨勢

作為新興工業(yè)，阻燃劑有著廣泛的應(yīng)用前景，磷系等阻燃劑的地位仍是舉足輕重的，但隨著阻燃技術(shù)的日趨成熟，人們環(huán)保意識的日益增強(qiáng)，這些阻燃劑的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)得到了調(diào)整與改進(jìn)，同時多功能、綠色環(huán)保的新型阻燃劑的研究與開發(fā)成為了新的發(fā)展趨勢。

首先，多功能阻燃劑備受青睞，成為開發(fā)重點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)有的阻燃劑有著很大的改進(jìn)與完善空間，可以對當(dāng)前的一些阻燃劑加以復(fù)配，使其既具備原有性能，提升消煙與阻燃效果，也附加了其他的特殊功能，變成多功能阻燃劑。如帶有抗靜電效果的阻燃劑，可以對其加以復(fù)配，增加抗輻射、耐熱等功能。譬如復(fù)合型多功能纖維制品，既可確保纖維優(yōu)良的物理性能，保持原有的手感與耐用性等，也可具備不熔融滴落、無毒或低煙等特點(diǎn)，這樣一來增加了抗熔滴、隔熱、阻燃的功能效果，極大地提升了高分子材料的安全與應(yīng)用性能，拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域。

其次，發(fā)展高分子材料綠色阻燃技術(shù)是關(guān)鍵課題。近年來，阻燃劑用量有所增加，產(chǎn)品更新?lián)Q代加快，防火要求也相應(yīng)提高。隨著人們環(huán)保意識的不斷提升，性價比高、安全高效的阻燃劑更受市場追捧。若要更好的適應(yīng)市場需求，我們不能單單關(guān)注材料的實(shí)用性、安全性與耐用性，還要重視阻燃材料與可持續(xù)發(fā)展的關(guān)系。人們便開始研發(fā)低煙低毒、無污染的新型阻燃劑，生產(chǎn)省資源、省能源的產(chǎn)品，逐步邁向環(huán)保節(jié)省、高效節(jié)能的發(fā)展方向。比如，一些發(fā)達(dá)國家立足于環(huán)保的角度，對污染環(huán)境的阻燃劑的使用與生產(chǎn)進(jìn)行了限制，如在美國，開始規(guī)定使用低鹵電纜包覆層；在日本，電纜燃燒時會形成酸性氣體的阻燃劑已經(jīng)被禁用；一些歐洲國家也已限售含鹵阻燃劑。同時，國際上阻燃與安全標(biāo)準(zhǔn)也日益嚴(yán)格，阻燃材料綠色化變成了不可忽視的技術(shù)與非關(guān)稅壁壘。如歐盟的《WEEE指令》與《ROHS指令》指出，進(jìn)入歐盟市場的電氣電子設(shè)備須與有關(guān)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)相符。

此外，在中國，高分子材料有著較高的產(chǎn)業(yè)地位。為更好地滿足阻燃劑市場需求，確保人們財產(chǎn)與生命安全，我國對高分子材料提出了新的要求，2011年，公安部消防局出臺了公消[2011]65號文件(中華人民共和國公安部關(guān)于進(jìn)一步明確民用建筑外保溫材料消防監(jiān)督管理有關(guān)要求的通知)，嚴(yán)格規(guī)范了墻體保溫材料的應(yīng)用。同時，有關(guān)研究機(jī)構(gòu)開始著力于研制新型阻燃劑，并取得了一定的研究突破。如2011年上半年，西安成功研發(fā)建筑外墻保溫材料防火界面劑，提升了建筑外墻保溫材料的防火性能，從源頭上確保了建筑物的消防安全。2010年，中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所攜手浙江豐虹新材料股份有限公司與工程研究所，成功研發(fā)出了綠色環(huán)保阻燃有機(jī)功能化粘土與尼龍6專用綠色阻燃功能母粒，有低成本與高效之優(yōu)勢，提高了市場競爭力，對抗熔滴、低毒低煙、無鹵高效的環(huán)保阻燃劑與阻燃技術(shù)的開發(fā)有很大的推動作用。四川大學(xué)王玉忠?guī)ьI(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在高分子材料無鹵阻燃化的基礎(chǔ)研究方面獲得重要進(jìn)展，攻克了一些高分子材料的高效無鹵阻燃難題，使保持其性能與降低成本、無鹵化與阻燃性的矛盾得以協(xié)調(diào)。由此可見，環(huán)保型無鹵阻燃劑是阻燃技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，不管是鹵系阻燃劑還是無鹵阻燃劑，低毒化、高效化、環(huán)?；?、多功能化將是阻燃劑體系研究與發(fā)展的重要方向。

總之，阻燃劑是提高高分子材料阻燃性的重要助劑，隨著高分子合成與加工技術(shù)的不斷進(jìn)步，阻燃劑的研發(fā)也有了突破性的進(jìn)展。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的現(xiàn)代社會，隨著人們環(huán)保意識的逐步提高，復(fù)配型、環(huán)保型等阻燃劑越來越受到市場的青睞。為了提高市場競爭力，各國開始研發(fā)低煙、無毒、環(huán)保的新型阻燃劑與阻燃技術(shù)。高效、低毒、環(huán)保、多功能化是阻燃劑的努力方向與發(fā)展趨勢，有著非常廣闊的應(yīng)用前景。

[1]西澤仁，馬文杰：電線電纜用高分子材料阻燃技術(shù)進(jìn)展，《合成材料老化與應(yīng)用》，1991年03期.

[2]徐僖：高分子材料科學(xué)研究動向及發(fā)展展望，第四屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C]，2001年.

[3]趙一權(quán)：高分子材料阻燃技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，科技研究，2014年12期.