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阻燃高分子材料 之无机阻燃剂 目录 阻燃剂的定义及分类 常用的阻燃剂多数是含磷 溴 氮 锑 铝的化合物 阻燃剂之间具有一定的协同作用 如含卤素化合物的阻燃剂 一般都和锑或锌的氧化物配合使用 使其燃烧时生成卤化锑或卤化锌 以达到最佳阻燃效果 阻燃剂的分类 添加型阻燃剂 磷酸酯类 卤代类 氧化锑 氧化锌 氢氧化铝等 使用时将它们参混与树脂之中 只是物理混合 所以分散剂在聚合物中分散越好 阻燃效果也就越好 为了提高阻燃剂的分散性和相容性 一要求细度越细越好 二要对其表面通过活性处理 使它和树脂结合力提高 反应型阻燃剂 指其参与了聚合物的反应 阻燃阻燃剂已经成为树脂中的一部分 包括卤代酸酐和含磷多元醇等 阻燃机理 凝聚相阻燃机理 高温下阻燃剂在聚合物表面形成凝聚相 隔绝空气 阻止热传递 降低可燃性气体释放量 从而达到阻燃 形成凝聚相隔离膜的方法有两种 一是阻燃剂在燃烧温度下分解成不挥发的玻璃状物质包裹在聚合物表面 二是利用阻燃剂的热降解产物促进聚合物表面迅速脱水碳化 形成碳化层 利用单质碳不产生火焰的蒸发燃烧和分解燃烧 达到阻燃的目的 自由基阻燃机理 在聚合物燃烧的过程中 大量生成的自由基促进气相燃烧反应 如能设法捕获并消灭这些游离基 切断自由基连锁反应 即可控制燃烧 进而达到阻燃目的 冷却机理 阻燃剂反生吸热脱水 相变 分解或其它吸热反应 降低聚合物表面和燃烧区域的温度 防止热降解 进而减少了可燃性气体的挥发量 破坏聚合物的燃烧条件达到阻燃目的 氢氧化铝 氢氧化镁及硼类无极阻燃剂颇具代表 协同作用机理 将现有的阻燃剂进行复配 使各种作用机理共同发生作用 达到降低阻燃剂用量并起到更好的阻燃效果 如将氧化锑与有机卤化物阻燃剂协同使用 可构成一种非常有效的阻燃体系 作用于燃烧的可燃物时 使有机卤化物放出氢卤酸或卤素 再与氧化锑反应生成三卤化锑 这些锑化物具有阻燃作用 SbX3阻燃作用很大 能够形成一种惰性气体 使炭层覆盖生成 高温下SbX3挥发进入火焰中 分解成各种锑化物和卤素游离素 它们改变了火焰的化学性质 消耗了火焰能量 从而达到阻燃目的 常用的无机阻燃剂 氧化锑 氧化锑本身不是阻燃剂 只有与卤素协同作用时才能构成一种非常有效的阻燃体系 氧化锑通常是用卤化物进行活化 卤化物受热分解释放出氢卤酸或卤素 此分解产物再与氧化锑反应产生出三卤化锑或卤氧化锑 这些锑的氧化物才起到阻燃作用 水合氧化铝 它在塑料加工过程中有三重作用 一是它在燃烧过程中三个结晶水汽化带走大量的热 使燃烧表面降温 同时水蒸气又覆盖在火焰周围 达到阻燃效果又不产生有毒有害气体 二是它带有三个结晶水 可以使塑料制品有抗静电能力 三是它在塑料中作为填充材料大大降低了塑料制品的成本 氢氧化镁 水合氢氧化镁有很多优点 但它起始分解温度低 在材料加工过程中容易出现脱水现象 而氢氧化镁的起始分解温度比水合氢氧化铝高得多 热稳定性好 特别适宜与加工温度较高的聚烯烃塑料 氢氧化镁的阻燃机理 一是阻燃剂分解后会产生较重的不燃气体或高沸点液体覆盖与聚合物表面 隔绝氧和可燃物的扩张 二是阻燃剂产生的不燃气体 冲淡了燃区可燃气体的浓度和氧的浓度 三是阻燃剂的吸热或升华能够降低高聚物表面温度 使之难燃或减缓燃烧过程 硼酸盐 目前主要是硼酸锌产品 而低水硼酸锌是一种性能优良的固体无机阻燃剂白色粉末状晶体 熔点为900 硼酸锌有很好的阻燃和抑烟的作用 在300 开始释放出结晶水 在卤素化合物存在下 生成卤化硼 卤化锌 抑制和捕获游离的羟基 阻止燃烧连锁反应 同时形成固相覆盖层 隔绝燃烧物表面空气 阻止火焰继续燃烧并能发挥消烟灭弧的作用 硼酸锌阻燃剂很少单独使用 一般要同氧化锑配合再与含卤阻燃剂并用 无机磷化物 主要包括红磷 磷酸盐和聚磷酸铵 研究和应用较多的为红磷 红磷是一种性能优良的阻燃剂 具有高效 抑烟 低毒的阻燃效果 但在实际应用中易吸潮 氧化 并放出剧毒气体 而且程深红色 在与树脂混炼 模型等加工的过程中存在着火的危险 且与树脂相容性差 不易分散均匀 导致基材的物理性能下降 因此使用受到很大限制 经改性和表面处理的红磷 如在红磷中加入金属粉末等可抑制其氧化速度 使用硝酸银 氯化汞 活性炭 氧化铜等可以捕捉磷化氢 从而解决了红磷塑料的毒性问题 把石蜡油 氯化石蜡 有机硅酮等添加到红磷里可以减少粉尘 红磷的微胶囊化技术表面处理最有效的手法 其制备方法是将液体 固体 或气体囊心物质分细 然后以这些微粒为核心 使聚合物成膜材料在其上沉积涂层 形成一层薄膜 将囊心微粒包裹 由于微胶囊能保护物质免受环境的影响 改变物质重量 状态或表面性能 隔离活性成分 降低挥发性和毒性等多重作用 所以将该技术用于无机阻燃剂 就可以防止无机阻燃剂迁移 提高阻燃效果 改善阻燃稳定性等 钼化物 钼化物是人类发现最好的抑烟剂还可以与其他阻燃剂复配使用 阻燃剂的应用技术 交联 接枝技术微胶囊化技术纳米技术和纳米材料复配阻燃体系 阻燃剂研究及应用发展特点 无机阻燃剂的开发异常活跃 由于无机阻燃剂不用含卤元素的化合物 无毒 无腐蚀 在燃烧时不造成二次污染 所以各国有关科研机构都在集中力量研制高性能无机阻燃剂 由于无机阻燃剂的阻燃效果差 添加量大 需采用新技术 如细微化 表面改性 微胶囊化等进行改进 我国无极阻燃剂制备技术近年来有所发展但与国外相比还有很大差距 例如 至今还没有微胶囊阻燃剂正式产品问世 我国铅矿资源丰富 具有发展Al OH 3无机阻燃剂的先决条件 应着重发展超细高纯Al OH 3 抑制剂的开发充满活力 聚合物燃烧产生的窒息性烟雾是非常严重的大气污染 也给扑灭火灾带来极大困难 为此 要求开发出具有抑烟作用的消烟剂 我国消烟剂开发起步较晚 需加大对消烟剂的开发力度 多功能阻燃剂的开发成为重点 阻燃剂的发展方向是将现有的较好的阻燃剂进行复配 以求较低的成本 良好的