高分子材料中阻燃技術(shù)應(yīng)用分析

吳毅炳

摘 要：防火安全問題一直是我國社會各行各業(yè)發(fā)展以及人們?nèi)粘Ｉ钪行枰攸c關(guān)注的問題。伴隨人們防火意識的不斷提升，高分子材料的阻燃問題也逐漸被相關(guān)行業(yè)廣泛重視。探究高分子材料的阻燃技術(shù)的應(yīng)用對于保障高分子材料安全具有重要的推動作用。鑒于此，文章對高分子材料中阻燃技術(shù)的應(yīng)用進行了研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：高分子材料;阻燃技術(shù);應(yīng)用研究

1 高分子材料中阻燃技術(shù)應(yīng)用的必要性分析

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分子式主要由碳氫結(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)范圍達到32以上才會發(fā)生燃燒現(xiàn)象，部分通過應(yīng)用化學阻燃技術(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”。

2 高分子材料的阻燃機理

高分子材料的阻燃機理是通過阻止材料燃燒過程中的一個或幾個要素實現(xiàn)的。想要提升材料阻燃性能可以從以下方面進行：提高材料熱穩(wěn)定性、捕捉游離基、形成非可燃性保護膜、吸收熱量、形成重質(zhì)氣體隔離層、稀釋氧氣和可燃性氣體。阻燃劑是行業(yè)匯總較為常用的阻燃方法，其是通過冷卻、稀釋、形成隔離膜的物理途徑和終止自由基的化學途徑來實現(xiàn)。在材料的阻燃機理中，其可以分為氣相阻燃、凝聚阻燃和中斷熱交換三種機理。具體來看，氣相阻燃是氣相中使燃燒中斷或延緩鏈式燃燒反應(yīng)的阻燃作用;凝聚相阻燃是阻燃材料在固相中對可燃氣體進行阻隔，在其表面生成難燃、隔熱、隔氧的多孔碳層，阻止可燃氣進入燃燒氣相，致使燃燒中斷;中斷熱交換阻燃指帶走材料燃燒中產(chǎn)生的部分熱量，導(dǎo)致材料熱分解溫度不足，使其實現(xiàn)自熄效果。

3 高分子材料中阻燃技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 納米技術(shù)

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?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。在研究中，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，當有機蒙脫土和聚苯乙烯的總體質(zhì)量損失達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。

3.2 微膠囊技術(shù)

微膠囊技術(shù)是當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)和性能進行改善，這樣可以提高高分子材料的阻燃性能。

3.3 化學反應(yīng)技術(shù)

在高分子阻燃材料中應(yīng)用化學反應(yīng)技術(shù)主要通過對高分子材料中的物質(zhì)進行共聚、交聯(lián)、接枝等相應(yīng)技術(shù)來實現(xiàn)。通過化學反應(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行替換。目前所應(yīng)用的化學反應(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行阻燃。通過將高分子材料內(nèi)部的聚苯乙烯進行交聯(lián)，還可以進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)化學反應(yīng)，化學反應(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，進而推動高分子材料在各個行業(yè)中的普及。

3.4 共聚、交聯(lián)與接枝技術(shù)

共聚、交聯(lián)與接枝技術(shù)的本質(zhì)是通過化學反應(yīng)實現(xiàn)阻燃。高分子材料是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，其是通過一系列原子由不同化學鍵鏈接構(gòu)成的。交聯(lián)阻燃技術(shù)是通過放射線的應(yīng)用對材料進行輻射，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而降低材料的易燃易爆性質(zhì)。但是由于放射線具有一定的危險性且對其控制難度較大，所以在對該技術(shù)進行應(yīng)用前應(yīng)做好相關(guān)試驗，并在確保安全穩(wěn)定的前提下進行應(yīng)用。

4 結(jié)語

通過對全文的總結(jié)可以得知，高分子材料阻燃技術(shù)對于各行各業(yè)的防火安全問題發(fā)揮著十分重要的作用。文章通過介紹了高分子材料的阻燃技術(shù)原理以及技術(shù)要點，希望可以為阻燃技術(shù)在高分子材料領(lǐng)域的應(yīng)用提供一定理論指導(dǎo)，進而有效提升高分子材料的阻燃性能，使其具有更加廣闊的應(yīng)用空間。

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