淺析高分子材料的阻燃技術(shù)

陳少靜

摘 要：隨著工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，高分子材料材質(zhì)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(chǎn)生很多的有毒物質(zhì)，所以因高分子的阻燃性能仍然較低所造成的火災(zāi)事故還很頻繁，由此而造成的各項經(jīng)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(shù)的實際應(yīng)用以及未來的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：高分子材料;阻燃技術(shù);實際應(yīng)用;發(fā)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(xué)性質(zhì)會產(chǎn)生極大的變化，能夠分解揮發(fā)出許多可燃物質(zhì)，受熱分解的產(chǎn)物在固相和氣相環(huán)境下又迅速分解。若燃燒未遵守?zé)崞胶獾脑?，那么高分子就會伴隨其產(chǎn)生的熱量和燃燒的熱量的改變而產(chǎn)生質(zhì)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(shù)是針對于其燃燒機理而研發(fā)的。如果高分子材料穩(wěn)定燃燒，那么必須具有可燃性、穩(wěn)定性，可以把重質(zhì)物質(zhì)隔離起來。因而阻燃技術(shù)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(shù)的主要方法是添加型，反應(yīng)型利用較少，所以在阻燃材料的研究過程中，添加劑的應(yīng)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(yīng)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(fā)生脫水碳化反應(yīng)，一方面減少可燃氣體，另一方面利用磷化合物不揮發(fā)的特性，隔絕或凝結(jié)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(chǎn)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(yīng)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(chǎn)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(fù)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(chǎn)出來的SFR一100有機硅阻燃劑是應(yīng)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(xié)同使用，進一步增強阻燃效果。

2.4 本質(zhì)阻燃劑

所謂本質(zhì)阻燃劑指的是利用那些高分子材料本身具有的化學(xué)結(jié)構(gòu)阻燃性來生產(chǎn)和制作高分子材料的一種阻燃技術(shù)。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(yīng)用于宇宙飛船、火箭等當中。根據(jù)本質(zhì)阻燃劑研發(fā)的高分子材料可以從本質(zhì)上解決其易燃的問題，是未來高分子材料阻燃技術(shù)的發(fā)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(chǎn)生水蒸氣降低燃燒的溫度，阻止燃燒的繼續(xù)，稀釋可燃氣體;另一方面產(chǎn)生氧化鎂和氧化鋁等，與高分子材料燃燒表面所產(chǎn)生的炭化合物進行反應(yīng)，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(xiàn)阻燃的目的。可見，無機阻燃劑具有不產(chǎn)生有毒的氣體、阻燃效果較好、無二次污染、穩(wěn)定性好等優(yōu)勢。

3 高分子材料阻燃技術(shù)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(jù)高分子結(jié)構(gòu)分子分散的形式，阻燃劑分為反應(yīng)型和添加型兩種：

3.1.1 反應(yīng)型

當阻燃劑和熱塑性高分子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)時，會強烈干擾分子結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)進行熱量轉(zhuǎn)化，其實際效果比反應(yīng)型的要好。但因為陰燃過程中阻燃劑會產(chǎn)生出毒性氣體，所以應(yīng)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(shù)。

3.2 阻燃技術(shù)

阻燃技術(shù)在消防領(lǐng)域中的應(yīng)用程度最高，而阻燃劑作為阻燃技術(shù)落實的重要載體，其高分子結(jié)構(gòu)對阻燃效果的影響巨大，阻燃技術(shù)也是根據(jù)阻燃劑的化學(xué)性質(zhì)改變其分子結(jié)構(gòu)，因此阻燃技術(shù)要求在增強高分子材料的脫水碳化時不產(chǎn)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(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)時，會生成碳化膜，碳化膜可以有效隔絕可燃材料和外部環(huán)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(shù)

無機阻燃技術(shù)的機理是阻燃劑在受熱情況下會產(chǎn)生許多有吸熱功能的水晶體，這些水晶體的蒸發(fā)能夠轉(zhuǎn)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(shù)主要是根據(jù)阻燃劑的導(dǎo)熱、蓄熱作用及其周期性的變化，循環(huán)吸收多余熱量，擴大陰燃面積。

4 高分子材料阻燃技術(shù)未來的發(fā)展方向

4.1 接枝和交聯(lián)改性技術(shù)

接枝和交聯(lián)是使高分子材料功能化的一種有效方法，近年來這一技術(shù)也已用于使高分子材料阻燃化。接枝包括化學(xué)接枝和光敏接枝等，通過接枝共聚以提高聚合物的熱穩(wěn)定性及阻燃性多系凝聚相阻燃模式，即借助于成炭來實現(xiàn)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(lián)，或者高分子材料的熱裂解產(chǎn)物在凝聚相中交聯(lián)，也可減少可燃產(chǎn)物的生成量而改善材料的阻燃性，多以輻射交聯(lián)為主。

4.2 膨脹技術(shù)

在眾多的阻燃體系中，最近發(fā)展的膨脹阻燃體系由于在燃燒過程中發(fā)煙量少、無滴落和無毒氣等優(yōu)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(fā)泡劑。膨脹型阻燃劑最早用于涂料業(yè)，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(shù)

隨著納米技術(shù)的迅速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也不斷拓展，日本曾研發(fā)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(chǎn)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(chǎn)生抑制劑，使物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生質(zhì)變，同時延緩熱釋放速率，阻燃性能優(yōu)良，因而是未來高分子材料陰燃技術(shù)的發(fā)展方向。

4.4 微膠囊技術(shù)

微膠囊化一般是指將物質(zhì)包裹于數(shù)微米至數(shù)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(shù)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(zhì)、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(huán)氧樹脂等。囊材不與包裹的阻燃劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，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(zhì)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(tài)、效能以及減少環(huán)境污染等方面都有所作用。

5 結(jié)束語

總之，隨著國內(nèi)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(xiàn)出來，而阻燃技術(shù)也在工業(yè)的發(fā)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(chǎn)品的利用率也會大大提升，但是，目前的生產(chǎn)工藝還不能滿足市場的需求。

參考文獻

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