高分子材料阻燃技术的研究.pdf

新材料与新技术化 工 设 计 通 讯 New Material and New TechnologyChemical Engineering Design Communications 81 第42卷第5期 2016年5月 高分子材料是以高分子化合物为基础 再辅以相应的助剂 所构成的材料 目前 高分子材料可分为橡胶 塑料 纤维 涂料和胶黏剂五大类 并广泛应用于工农业 国防 交通运输 机械制造以及人们的日常生活中 随着高分子材料在当今社会 中的应用越来越广泛 其存在的问题也日益显现 其中一个主 要的问题就是高分子材料的易燃性 由于大多数高分子材料是 碳氢结构 属于易燃可燃物质 极易发生燃烧并释放大量的热 其火焰的传播速度也极快且无法轻易熄灭 同时 部分材料还 会产生浓烟并释放大量毒气 严重危害到公众的生命财产安全 并对生态环境构成巨大的威胁 因此 针对高分子材料阻燃技 术的研究成为国内外火灾防治领域的重要课题 1 高分子材料的燃烧 燃烧的基本条件是 可燃物 氧气或者空气以及一定的 温度 高分子材料的燃烧过程是 在空气中受热分解成具有 挥发性的可燃物 当可燃物的浓度和整个体系的温度达到燃 烧条件时 即发生燃烧 燃烧过程是一个相当复杂的物理化 学反应过程 通常可分为五个阶段 即 高分子材料受热软 化成粘稠状 大分子链断裂解聚 进一步受热分解成汽 液 固态和微粒 分解的可燃性气体与氧气 空气 混合发生反 应并放出光和热 放出的热使得材料的温度持续上升并在有 氧气存在时维持燃烧且不断传播 2 高分子材料的阻燃方式 针对高分子材料的阻燃需通过减缓或者阻止其中的要素 来实现 主要通过两种方式 1 一种方式是添加适当种类和 用量的阻燃剂 可用来添加的阻燃剂有添加型阻燃剂和反应 型阻燃剂 前者通过机械混合的方法 将阻燃剂分散至高聚 物中 使其获得阻燃性 后者是引入阻燃结构单元使其参与 反应 并结合到高聚物的主链或者支链对其进行修饰 另一 种方式是使高聚物本身具有阻燃性 采用具有阻燃特性的单 体使其发生均聚或者共聚 从而在根本上改变高聚物的分解 机制 热物理学特性等 另外 为了达到更优异的阻燃效果 通常也会采用多种阻燃技术复合的方式 3 添加阻燃剂技术 添加阻燃剂技术是利用阻燃剂和高分子材料体系在燃烧 时的气相或凝聚相的阻燃作用从而提高材料的阻燃性 具有 代表性的阻燃剂有 卤系阻燃剂 磷系阻燃剂 有机硅阻燃 剂和氮系阻燃剂 3 1 卤系阻燃剂 卤系阻燃剂是指含氯或溴的有机化合物 主要有氯化石 蜡 氯化聚乙烯 十溴联苯醚等 其阻燃原理是利用热解出 来的卤素自由基捕捉材料热降解生成的氢和氢氧自由基 延 缓或者终止燃烧的链反应过程 同时释放出难燃的卤化氢气 体 覆盖在材料表面 将周围的可燃气体稀释和隔绝 从而 进一步阻燃 但是 卤系阻燃剂在阻燃的同时 会释放出大 量的氯化氢 溴化氢等有毒气体 并与空气中的水分形成具 有腐蚀性的氢卤酸 释放大量烟雾 因此 开发新的无卤高 效的阻燃剂是当今社会的重要课题 3 2 磷系阻燃剂 磷系阻燃剂包括磷酸酯 亚磷酸酯 含磷多元醇 磷氮 化合物 磷酸铵盐以及聚磷酸铵等 磷系阻燃剂的阻燃过程 是在火灾初期促进高分子材料脱水炭化 抑制可燃性气体的 产生 同时 不具有挥发性的磷化合物会起到凝结剂的作用 使炭化物形成保护性炭膜 从而隔绝外界的热和空气 磷系 阻燃剂目前已广泛应用于热塑性工程塑料 聚氨酯泡沫塑料 等的阻燃改性 3 3 有机硅阻燃剂 有机硅阻燃剂是一种新型高效 环境友好的成炭抑烟剂 包括硅烷共聚物和硅树脂 通过改进分子结构 提高分子质 量以及共混等方式来提高阻燃抑烟效果 改善成炭性及基体 材料的加工性 耐热性和力学性能 目前 具有代表性的产 品是通用公司的牌号为 SFR 100 的硅酮聚合物 通常需要与 一种或多种协同剂并用 3 4 氮系阻燃剂 含氮的阻燃剂主要是利用分解反应后形成的不可燃气体 稀释可燃性气体 或者将分解产物覆盖于可燃物表面而达到 阻燃作用 目前常用的有三聚氰胺类盐以及胍盐等 添加阻燃剂的方法具有过程简单 价格低廉 可灵活调 节材料阻燃级别的优点 但同时也存在阻燃效率低 添加量大 与材料相容性差以及对材料的力学性能 加工性能 外观等 产生不良影响的诸多缺陷 4 高分子材料阻燃技术 4 1 微胶囊技术 微胶囊技术是指利用高分子包裹材料将固 液甚至气体 包裹于微小容器中 起到保护以及控制释放的作用 微胶囊 材料主要有天然高分子和人工合成高分子两大类 前者主要 包括动物胶 蛋白质 淀粉 纤维素等 后者主要包括聚乙烯醇 聚酰胺 聚苯乙烯 聚酯以及环氧树脂等 当制品遇火受热时 微胶囊材料的囊壁会立即熔融破裂并释放出阻燃剂 从而起 到阻燃的作用 4 2 纳米技术 纳米阻燃高分子复合材料是纳米材料的重要分支 随着 摘 要 高分子材料属于易燃物质 针对其阻燃技术的研究是当今社会火灾防治领域的重要内容 目前常用的方法有添加 阻燃剂技术 可添加的阻燃剂有卤系 磷系 氮系及有机硅阻燃剂 同时也可结合微胶囊技术 纳米技术和膨胀技术 从而制 备出满足应用要求的高性能阻燃材料 关键词 高分子材料 阻燃技术 燃剂 中图分类号 TU545 文献标志码 B 文章编号 1003 6490 2016 05 0081 02 Studies of Polymer Materials Flame Retardant Technology Tang Lin chuan Abstract The polymer material is flammable material research for its flame retardant technology is an important part of today s society in the field of fire prevention and control The most commonly used methods are flame retardant technology you can add flame retardant halogen based phosphorus based nitrogen based flame retardant and silicone and also can be combined with the micro capsule technology nanotechnology and expansion technology thereby preparing a meet the application requirements of high performance flame retardant materials Key words polymer materials flame retardant technology flame retardant 高分子材料阻燃技术的研究 唐林川 西南石油大学 四川成都 646100 收稿日期 2016 04 29 作者简介 唐林川 1993 男 四川泸州人 本科在读 新材料与新技术化 工 设 计 通 讯 New Material and New TechnologyChemical Engineering Design Communications 82 第42卷第5期 2016年5月 纳米技术的不断进步 逐渐有新的纳米阻燃体系出现 纳米 阻燃剂按照维度可分为一维 二维和零维纳米材料 且其添 加量极少 通常添加小于5 时 即可显著降低材料的燃烧性 能 并提高其机械性能 4 3 膨胀技术 膨胀阻燃体系需要炭化剂 炭化促进剂以及发泡剂三种组 分 膨胀型阻燃剂一般以磷和氮为主要成分 在聚合物受热时 使其表面能生成一层均匀的炭质泡沫层 从而起到隔热氧和 抑烟的作用 同时防止产生熔滴现象 此类阻燃剂符合少烟 低毒阻燃剂的发展方向 是实现无卤化发展的有效途径 广 泛应用于建筑装饰材料 电缆外层等的耐火涂层 5 结语 目前 高分子材料的阻燃技术众多 在实际应用过程中 可复合多种阻燃手段 并综合考虑对制品的阻燃性能 力学 性能 加工性能以及外观的影响 同时考虑到对环境的保护 从而制备出满足应用要求的高性能阻燃材料 参考文献 1 周亚东 高分子材料阻燃改性研究进展 J 广州化工 2013 41 3 18 20 上接第74页 Liu 等采用层层装配的方法 将银纳米粒子掺杂到多环芳 香烃 PAH 和藻酸丙酯硫酸酯钠盐 PSS 中 合成了一种 新颖的银纳米复合材料 并将这种材料应用于纳滤 NF 和 正向渗透 FO 在层层组装过程中 膜的选择层是通过静电 吸引和范德华力沉积带相反电荷的聚电解质交替沉积到基底 上这种方法组装的纳滤膜有高的水通量 高热稳定性 良好的 溶剂阻力等优点 少量的银纳米粒子 重量022 1 19 掺入到膜中并不会对膜的分离性能产生不利影响 而且 银 纳米复合膜对革兰氏阳性枯草芽孢杆菌和革兰氏阴性大肠埃 氏细菌展现出了优异的杀灭性 复合膜的性能高度依赖于掺 入的银纳米粒子 可以通过不同的合成方法和掺杂时间来控 制银的掺入量 层层组装作为一种灵活的方法也可以合成其 他的纳米复合膜 是一种很有前景的膜合成方法 Han 等利用化学转换过的石墨烯 CCG 在多孔的基底上 制备出一种超薄 厚度22 53nm 石墨烯纳滤膜 uGNMs 首先使用用基回流法石墨烯 GO 被还原为基回流石墨烯 brGO 经过差速离心分离后得到有非常均匀横向尺寸的单 层 brGO 然后将其沉积到厚度0 8nm 的云母基底上 brGO 层 彼此堆叠形成1nm 的二维纳米毛细孔道 这些疏水的纳米孔 道有很高的水通量 21 8m 2h 1bar 1 这种石墨烯纳滤膜对有 机物染料尤其是带电染料有卓越的截留性能 截留率 99 同时对水中的离子也有较好的截留率 20 60 由于石 墨烯纳滤膜非常薄 不到35mg 的 brGO 就可制备出1m2的膜 与传统的碳纳米管相比成本低 制备简单 而且其完美地结 合了石墨烯和聚合材料的优点 在实际的水净化领域有很好 的应用前景 2 结论 近年来 水处理纳米技术应用已在全世界范围内取得深 入发展 虽然纳米技术水处理应用面临非常严峻的挑战 包 括技术障碍 高成本以及潜在的环境和对人的风险 但是纳 米材料独特的性能及当前的应用呈现出了巨大的机遇 随着 纳米技术研究的不断深入和实用化进程的加快 对水处理技 术产生重大的革命 对解决全球性水荒和水污染问题起到十 分重要的作用 并对保护环境 维护生态平衡 实现可持续 发展具有重要意义 a c 1cm b HO2C HO2C HO2C HO2C HO2C HO2C HO2C HO O O O OO O O CO2H CO2H CO2H CO2H CO2HCO2H CO2H 图3 a 石墨烯纳滤膜 uGNMs 照片 b 基回流石墨烯 brGO 示意图 c 渗透路线示意图 参考文献 1 孙伟民 张广成 李俨 纳米材料在水处理中的应用 J 材料开发 与应用 2011 4 65 69 2 王维一 纳米技术及其在水处理等方面的应用 J 城市给水 2001 6 25 26 上接第68页 利用另外的国标样品对定标曲线进行验证 得到 Na 定标 曲线的绝对误差不大于百分之一 所以利用定标曲线法求取元 素含量是准确可行的 通过测量岩屑样品 LIBS 光谱图中 Na 元素的谱线强度 利用定标曲线即可得到样品中 Na 元素的百 分含量 值为2 833 同样的方法可得到样品中 K 和 Si 元素 的百分含量为2 196 和29 198 2 结论 本文利用激光诱导击穿光谱技术针对岩屑样品进行了定 性和定量分析 通过特定元素的特征谱线波长与光谱的对比 能够判断出样品中所含的元素种类 并利用定标曲线法确定 了其中三种元素 Na K Si 的百分含量 分析结果表明 在 石油勘探领域中 LIBS 光谱技术能够有效实现岩屑元素种类 及含量的判别分析 在录井领域具有巨大的应用潜力 参考文献 1 曾艳涛 肖天君 使用 PDC 钻头时的录井方法研究 J 西部探矿 工程 2010 22 6 58 60 2 李一超 李春山 何国贤 X 射线荧光分析在岩屑录井中的应用 J 岩石矿物学杂志 2009 28 1 58 3 邢立 刘建朝 地球化学录井技术的发展和应用 J 录井工程 2006 17 2 46 50 4 马俊胜 段志强 延长组核磁共振录井基本解释方法研究 J 钻采 工艺 2010 33 110 5 Le