阻燃剂的应用现状和发展趋势.doc

阻燃剂的应用现状和发展趋势学校：安阳工学院 院系：化学与环境工程学院 专业：09高分子材料与工程 姓名：莫墨 学号：200905060087 阻燃剂的应用现状和发展趋势摘要：随着现代工业的不断发展，塑料、橡胶、合成纤维等高分子材料得到广泛的应用。然而，这些有机高分子化合物绝大多数都是可燃的，且燃烧时可产生大量致命的有毒气体。为解决这一难题、提高合成材料的抗燃性，最有效的方法是加入阻燃剂。为此，以阻燃为目的阻燃剂研究及材料阻燃技术近几年得到发展，至今已成为世界工业体系的重要组成部分一。阻燃剂在化学建材，电子电器，交通运输，航天航空，日用家具，室内装饰，衣食住等各个领域中具有广阔的市场前景。本文将阐述阻燃剂的应用现状和发展趋势。 关键字：阻燃剂 分类 机理 现状 发展趋势1、 概述阻燃剂，又称难燃剂，耐火剂或防火剂：赋予易燃聚合物难燃性的功能性助剂；依应用方式分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂。根据组成，添加型阻燃剂主要包括无机阻燃剂、卤系阻燃剂（有机氯化物和有机溴化物）、磷系阻燃剂（赤磷、磷酸酯及卤代磷酸酯等）和氮系阻燃剂等。反应型阻燃剂多为含反应性官能团的有机卤和有机磷的单体。此外，具有抑烟作用的钼化合物、锡化合物和铁化合物等亦属阻燃剂的范畴。主要适用于有阻燃需求的塑料，延迟或防止塑料尤其是高分子类塑料的燃烧。使其点燃时间增长，点燃自熄，难以点燃。1.1阻燃剂的分类阻燃剂有几种不同的分类方法。按所含阻燃元素可将阻燃剂分为卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、磷卤系阻燃剂、磷氮系阻燃剂等几类。按组分的不同可分无机盐类阻燃剂、有机阻燃剂和有机、无机混合阻燃剂三种。无机阻燃剂是目前使用最多的一类阻燃剂，它的主要组分是无机物，应用产品主要有氢氧化铝、氢氧化镁、磷酸一铵、磷酸二铵、氯化铵、硼酸等。在三大类阻燃剂中，无机阻燃剂具有无毒、无害、无烟、无卤的优点，广泛应用于各类领域，需求总量占阻燃剂需求总量一半以上，需求增长率有增长趋势。按使用方法的不同可把阻燃剂分为添加型和反应型。添加型阻燃剂主要是通过在可燃物中添加阻燃剂发挥阻燃剂的作用。反应型阻燃剂则是通过化学反应在高分子材料中引入阻燃基团，从而提高材料的抗燃性，起到阻止材料被引燃和抑制火焰的传播的目的。在阻燃剂类型中，添加型阻燃剂占主导地位，使用的范围比较广，约占阻燃剂的85%，反应型阻燃剂仅占15%。 1.2阻燃剂的作用机理 阻燃剂的作用机理是很复杂的，包括种种因素，但阻燃剂的作用机理不外乎总是通过总是通过物理途径和化学途径达到切断燃烧循环的目的。比如阻燃剂的加入能控制燃烧热能的分散，能使可燃性塑料与空气隔绝，能稀释塑料分解产生的可燃性气体，或能把烃燃烧过程的HO.自由基链锁反应切断等1。多数阻燃剂是通过若干机理共同作用达到阻燃目的。 2、 阻燃剂的应用现状 阻燃剂是阻燃技术在实际生活中的应用，它是一种用于改善可燃易燃材料燃烧性能的特殊的化工助剂。阻燃剂的生产和应用在经历了20世纪八十年代初的蓬勃发展后，已进入稳步发展阶段。随着中国合成材料工业的发展和应用领域的不断拓展，阻燃剂在化学建材、电子电器、交通运输、航天航空、日用家具、室内装饰、衣食住行等各个领域中具有广阔的市场前景。此外，煤田、油田、森林灭火等领域也促进了中国 阻燃、灭火剂生产较快的发展。中国阻燃剂已发展成为仅次于增塑剂的第二大高分子材料改性添加剂2。 近几年，中国阻燃剂的生产和消费形势持续发展，20022004年年均消费增 长率超过20。从2002年开始，国内阻燃剂消费量急剧上升，增加的市场份额主 要来源于两个方面：电子电器和汽车市场。 国内阻燃剂的品种和消费量还是以有机阻燃剂为主， 无机阻燃剂生产和消费 量还较少，但近年来发展势头较好，市场潜力较大。阻燃剂中最常用的卤系阻燃 剂虽然具有其他阻燃剂系列无可比拟的高效性， 但是它对环境和人的危害是不可 忽视的。环保问题是助剂开发和应用商关注的焦点，所以国内外一直在调整阻燃 剂的产品结构，加大高效环保型阻燃剂的开发。 目前中国发展低烟无毒的无机阻燃剂迫在眉睫。 氢氧化镁作为无卤环保阻燃 剂具有广阔的应用前景，但目前国内生产的氢氧化镁阻燃剂与国外先进产品相 比， 存在阻燃效率低、 需要高填充量、 易团聚、 影响基体材料的力学性能等不足， 需要行业加大技术攻关力度，降低生产成本和产品价格。 2005年全球阻燃剂消费量约130万吨， 预计2010年前将保持3.5%的年均增速； 2005年全球阻燃剂销售额约35亿美元，预计2010年将增至46亿美元，年均增速为 5.6%。 2007年中国阻燃剂产品中，氯系阻燃剂占84%，而低烟无毒的无机阻燃剂产 品只占总量的8%左右。建筑用阻燃材料剂在中国具有极大的潜在市场，目前中国 阻燃剂品种、用量与发达国家存在较大差距，随着国家对阻燃技术要求力度的加强，中国低烟无毒阻燃剂开发和发展将出现更好的广阔前景3。3、 阻燃剂的发展趋势早在19世纪初，人们已研制出了多种阻燃剂。随着合成工业领域的不断拓宽及阻燃法规的不断完善，从六十年代开始，阻燃剂经历了一个蓬勃发展的阶段。以美国为例，六十年代至今，其阻燃剂消耗量增加了三十倍左右。日本的阻燃剂工业起步较晚，但发展较快，1980年和1982年阻燃剂消费量为6万吨和7.3万吨,到1996年达15.4万吨，15年间增长了两倍多。西欧由于缺乏立法，限制了阻燃技术的发展，1988年以前的阻燃剂市场一直处于停滞不前的状态。目前英、德等国已立法，西欧各国阻燃剂消费量迅速上涨。相比之下，我国阻燃剂开发较晚，起步于五十年代，六、七十年代基本上处于停滞状态，只研制了四溴乙烷三磷酸酯等少量产品。进入八十年代才开始飞速发展，85年产量为5KT，现在阻燃剂的总产量在10万吨左右。到目前为止，我国从事阻燃剂研制的单位已达50余家，研制的阻燃剂品种120余种。但在开发新产品方面有待于进一步提高，而且阻燃剂产品暂时还没形成竞争的商业市场，这在某种程度上束缚了阻燃剂的发展。但这种情况正在得到改善，各类高校和科研所近几年来都投入了很大的力量进行阻燃剂方面的开发。随着国民经济的发展，各项阻燃法规的建立和健全，我国阻燃剂市场发展前景将非常宽广。 3.1发展高效型阻燃剂。现用的常规阻燃剂，阻燃效率低，用量大，从而恶化了高聚物基材愿有的优异性能，增加高聚物燃烧或热解时生成的烟量及有毒气体量，增加材料的价格，并造成阻燃高聚物加工及回收方面的困难，因此寻求高效的阻燃剂系统是人们长期的目标。据专家们预测，具有下述特征之一的阻燃系统有可能成为具有发展前景的未来高效阻燃剂：能抑制凝聚相的氧化反应；具有催化阻燃作用；能发挥高效的气相阻燃作用；能生成有效的含炭层或其它阻燃元素的防护层。下面将简单介绍四类系统。第一类是催化阻燃系统：主要指那些在一定条件下能脱水生成强酸的化合物，它们可促进高聚物成炭从而使物质的燃烧热降低，材料的阻燃性大为改善，而燃烧产物只是无毒的水蒸气。第二类芳香族磺酸盐（酯），这类对聚碳酸酯（PC）极其有效，并且用量极少。第三类凝聚相中添加自由基抑制剂，凝聚相中的表面氧化对于聚合物的高温降解具有十分重要的作用。但大多数抗氧剂和自由基清扫剂在高聚物氧化裂解温度下对阻燃不很有效，必须设计耐高温的抗氧系统。第四类是高效气相阻燃剂。有人认为：有些在气相中释放出HCl和HBr的阻燃系统，可能基本上只是发挥物理作用，但对反应的燃烧肯定存在一些更有效的燃烧抑制剂，如羰基铁、四乙基铝、二氯二氧铬等，它们的阻燃效率至少比目前常用的SbCl3高出一个数量级。实验表明：比现有阻燃系统效率高出一、二个百分点的气相阻燃剂是可以找到的。 3.2发展无卤化趋势卤素阻燃剂因其用量少、阻燃效率高且适应性广，已发展成为阻燃剂市场的主流产品，但它的发烟量大且释放出来的HX气体具有高腐蚀往往发生二次灾害，可导致单纯由火所不能引起的电路系统开关和其它金属物件的腐蚀及人体呼吸道和其他器官的危害。近几年来美国、英国、挪威、澳大利亚等已制定或颁布法令对其某些制品进行燃烧毒性实验或限制某些制品的使用、对释放的酸性气体进行规定、取代卤素阻燃剂。发展无卤阻燃剂已成为世界阻燃领域的趋势，美国Alcoa公司、Alcan化学公司、Lonza公司和 Salenr公司不断推出新品种，如Zerogen、Halfree、Hydrass、Magnifin系列等，国内山东铝厂、江苏海水研究所、大连理工大学等对此也进行了研究开发，已研究出阻燃性能好、粒经小、补强效果明显的无机阻燃剂。红磷因性能优越、无二次公害在无卤化趋势中得到很快发展，英国、日本开发研制的微胶囊化红磷已商品化，主要产品有英国Albright&Wilson公司的AMGARD CPC、AMGARD CRP系列，日本的RINRA系列。对于膨胀型阻燃剂,美国、意大利等发达国家已商品化，但国内尚未商品化，其开发产品主要处于研制阶段。 3.3抑烟化和无毒气体化趋势发烟是聚合物燃烧的基本特征，据统计，火灾中发生的死亡事故80%是由于建筑构件、装饰材料等物质热解和燃烧所释放的烟和有毒气体窒息造成的。为此，世界各国都对塑料燃烧时的发烟量和有毒气体浓度制定了严格的法规限制，抑烟化和无毒化已被列为阻燃技术的重点研究之一。目前采用的途径有两个：一是采用本身生烟量较小的聚合物；二是加入抑烟剂使材料的生烟量降低。后着对于前者而言简便易行，经济实用。目前采用的抑烟剂主要以金属氧化物、过渡金属氧化物为主。主要产品有美国Borax公司的Firebrake硼酸锌系列、XP系列、Climax公司的Moly FR钼酸盐系列。我国的一些研究所也对此进行了研究，开发的复合阻燃抑烟剂FZY系列已经上市。但目前对抑烟剂的研究还存在许多未解决的问题，对有些聚合物材料的抑烟缺乏有效实用的抑烟剂。综上所述，美国、日本等发达国家阻燃剂工业发展很快，新的阻燃剂品种层出不穷。在我国，阻燃剂是一个新生的工业，与发达国家相比，还有一定的差距。一方面是因为人们对阻燃的认识和法规欠缺，另一方面是我国在消防，尤其是阻燃方面投入的资金有限，这在一定程度上制约了阻燃技术的发展。 结束语：中国的阻燃行业处在一个生产结构重组和转型时期，一部