浅析高分子材料的阻燃技术.pdf

2016年2月 浅析高分子材料的阻燃技术 蒋玄王科顾露莹 宁波中普技术服务有限公司 浙江宁波315100 摘要 随着工业技术的迅速发展 高分子材料材质的抗破 坏能力和阻燃性能也越来越强 但由于高分子燃料在燃烧过 程中无法在很短的时间里释放出热量 有时候还可能产生很多 的有毒物质 所以因高分子的阻燃性能仍然较低所造成的火灾 事故还很频繁 由此而造成的各项经济损失也很大 因此 如 何进一步增强高分子材料的阻燃性能 还需要加大对其的研究 力度 本文将从高分子材料的燃烧及阻燃机理入手 通过分析 高分子阻燃剂的种类 探讨高分子阻燃技术的实际应用以及未 来的发展方向 关键词 高分子材料 阻燃技术 实际应用 发展方向 1 高分子材料的燃烧和阻燃机理 1 1 高分子材料的燃烧机理 由于热量的影响 高分子材料的化学性质会产生极大的变 化 能够分解挥发出许多可燃物质 受热分解的产物在固相和 气相环境下又迅速分解 若燃烧未遵守热平衡的原理 那么高 分子就会伴随其产生的热量和燃烧的热量的改变而产生质的 变化 1 2 高分子材料的阻燃机理 高分子材料的阻燃技术是针对于其燃烧机理而研发的 如果高分子材料稳定燃烧 那么必须具有可燃性 稳定性 可以 把重质物质隔离起来 因而阻燃技术就是冷却 稀释材料进而 达到阻燃的最终目的 当前的高分子材料阻燃技术的主要方法是添加型 反应型 利用较少 所以在阻燃材料的研究过程中 添加剂的应用成为 重中之重 2 高分子材料阻燃添加剂的种类 2 1 磷系阻燃剂 含卤磷酸酯在磷系阻燃剂中应用的最为广泛 它是在高分 子受热降解的过程中促使高分子材料发生脱水碳化反应 一方 面减少可燃气体 另一方面利用磷化合物不挥发的特性 隔绝 或凝结碳化物 限制其与外界热量和空气的接触 2 2 卤系阻燃剂 这是如今使用最广泛的一种阻燃剂 因为它具有使用量 少 效果明显等优势 是一种有机阻燃剂 卤系阻燃剂也有一 些缺点 比如它在阻燃过程中也会产生许多有毒和腐蚀性的气 体 因此 无卤的阻燃剂 减少有毒气体的产生成为阻燃剂的 研发方向 2 3 含硅阻燃剂 有机含硅阻燃剂作为一个一项新型的阻燃剂 主要有硅浣 共聚物和有硅树脂这两种 当前由美国通用公司生产出来的 SFR 100有机硅阻燃剂是应用最为典型的 它是将硅酮聚合物 与氢氧化物和聚磷酸铵协同使用 进一步增强阻燃效果 2 4本质阻燃剂 所谓本质阻燃剂指的是利用那些高分子材料本身具有的 化学结构阻燃性来生产和制作高分子材料的一种阻燃技术 例如芳基乙诀聚合物 它的炭化层能够承受住1500 2000度的 高温 可以应用于宇宙飞船 火箭等当中 根据本质阻燃剂研 发的高分子材料可以从本质上解决其易燃的问题 是未来高分 子材料阻燃技术的发展方向 2 5 无机阻燃剂 无机阻燃剂的原理是 阻燃剂受热分解后 一方面产生水 蒸气降低燃烧的温度 阻止燃烧的继续 稀释可燃气体 另一方 面产生氧化镁和氧化铝等 与高分子材料燃烧表面所产生的炭 化合物进行反应 形成一层保护膜 有效隔绝可燃气体和外界 的热量 氧气 从而实现阻燃的目的 可见 无机阻燃剂具有不 产生有毒的气体 阻燃效果较好 无二次污染 稳定性好等 优势 3 高分子材料阻燃技术的运用 3 1 阻燃剂 阻燃剂的使用能够大幅降低高分子材料的可燃性 缓和燃 烧速度 根据高分子结构分子分散的形式 阻燃剂分为反应型 和添加型两种 3 1 1 反应型 当阻燃剂和热塑性高分子产生化学反应时 会强烈干扰分 子结构的固热性 此时阻燃剂中的氮系 磷系 锑系 无机磷系 铝镁系等的结构都能够隔绝分子间传输热量 3 1 2 添加型 添加型阻燃剂是利用催化剂的原理 对高分子的阻燃结构 进行热量转化 其实际效果比反应型的要好 但因为阻燃过程 中阻燃剂会产生出毒性气体 所以应当增加阻燃剂的吸附能 力 采用有机盐 磷酸脂 多元醇等来提升阻燃剂的安全系数 3 2 阻燃技术 阻燃技术在消防领域中的应用程度最高 而阻燃剂作为阻 燃技术落实的重要载体 其高分子结构对阻燃效果的影响巨 大 阻燃技术也是根据阻燃剂的化学性质改变其分子结构 因 此阻燃技术要求在增强高分子材料的脱水碳化时不产生多余 可燃性气体和有毒气体 3 2 1 碳膜 可燃材料在与阻燃剂产生化学反应时 会生成碳化膜 碳 化膜可以有效隔绝可燃材料和外部环境的进一步接触 同时还 可以隔绝空气 增强阻燃剂的阻燃效果 3 2 2 无机阻燃技术 无机阻燃技术的机理是阻燃剂在受热情况下会产生许多 有吸热功能的水晶体 这些水晶体的蒸发能够转换掉大量的热 量 使得高分子材料的温度降低 其热分解的速率也进一步降 低 这一技术主要是根据阻燃剂的导热 蓄热作用及其周期性 的变化 循环吸收多余热量 扩大阻燃面积 4 高分子材料阻燃技术未来的发展方向 4 1 接枝和交联改性技术 这一技术主要是利用化学接枝和光敏技术 把多种无机化 合物相结合 形成共聚化合物 这种共聚化合物会在燃烧时生 成无机绝缘层 以此来吸收易燃材料中的高分子 减少助燃成 分 同时这一技术还能够减少燃烧产物 增强阻燃性能 达到理 想效果 4 2 纳米技术 随着纳米技术的迅速发展 其应用领域也不断拓展 日本 曾研发的纳米硅酸盐粘土材料 阻燃性能非常好 它的直径为 0 4 0 5nm 燃烧过程中所生成的凝聚产物可以较好的封闭气 孔 隔绝和空气的接触 纳米材料能在燃烧时产生抑制剂 使 物质内部发生质变 同时延缓热释放速率 阻燃性能优良 因而 是未来高分子材料阻燃技术的发展方向 4 3 膨胀技术 顾名思义 膨胀技术利用发泡做阻燃物质 而发泡剂具有 无毒 无排烟 无滴落等优点 因此利用膨胀技术做阻燃处理不 会产生