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阻燃劑的作用機理詳解

2022-05-14 已有230人瀏覽 皖燃科技

阻燃劑的作用機理是比較復雜的,包含有各種因素,但阻燃劑的作用不外乎通過物理途徑和化學途徑來達到切斷燃燒循環的目的。關于阻燃劑的作用機理,現在還有很多地方不清楚,但就目前已發表的觀點,可以歸納為以下幾個方面。

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(1)阻燃劑分解產物的脫水作用使有機物碳化塑料的燃燒是分解燃燒,而通常單質礙不進行產生火焰的蒸發燃燒和分解燃燒。因此,如能使塑料的熱分解迅速進行,不停留在可燃性物質階段而一直分解到碳為止,就能防止燃燒。例如,用磷酸鹽或重金屬鹽的水溶液浸漬過的纖維素。干燥后在加熱時只碳化變焦,難以引起產生火焰的燃燒。這是由于磷酸 鹽引起了纖維素的脫水反應,從而促進了単質碳的生成。

當有機磷化合物暴露于火焰中時,會發生如下的分解反應:

有機磷化合物一磷酸一偏磷酸一聚偏磷酸

最終生成的聚偏磷酸是非常強的脫水劑,能促進有機化合物碳化,所產生的炭黑膜起了阻燃的作用。

(2)阻燃劑分解形成不揮發性的保護膜阻燃劑在樹脂燃燒的溫度下分解,其分解產物形成不揮發性的保護膜覆蓋在樹脂的表面上,從而把空氣隔絕達到阻燃的目的。在使用硼砂-硼酸混合物和囪化磷作為阻燃劑時就是這種情況。

鹵化磷(R4PX)受熱分解生成磷和烷基鹵化物(RX)。磷很容易被氧化生成磷氧化合物(R3PO),再進一歩分解生成聚磷酸鹽玻璃體。此連續的玻璃體形成一層保護膜。覆蓋在聚合物表面把氧隔絕,而發揮其阻燃效果。

(3)阻燃劑分解產物將自由基鏈反應切斷塑料燃燒時分解為炷,炷在高溫下進一步氧化分解產生HO-自由基,HO·自由基的鏈反應使姪的火焰燃燒持續進行下去。在聚合物的燃燒過程中,姪的火焰燃燒是最重要的,因此如能將H0?自由基的鏈反應切斷就能有效地防止火焰燃燒。


烴的燃燒過程是很復雜的。HO·自由基具有很高的能量。反應速度非常快。所以,燃燒的程度由HO·自由基的增殖程度而定。

當有含鹵阻燃劑存在時,則含鹵阻燃劑在高溫下會分解產生鹵化氫,而鹵化氫能把燃燒過程中生成的高能量的HO·自由基捕獲,轉變成低能量的X·自由基和水。同時X·自由基與烴反應再生成為HX。如此循環下去,于是將HO·自由基的鏈反應切斷。聚合物熱分解產生的氫通過上述途徑變成了水,僅留下炭黑變成了黑煙,結果使烴的火焰燃燒熄滅。

(4)自由基引發、氧化鋒與含鹵阻燃劑的協同作用把脂肪族含溟阻燃劑與過氧化:異両革等自由基引發劑并用,可以產生非常強的阻燃效果,這是由于在熱的作用下過氧化物等自由基引發劑促進了Br-自由基的產生,從而使燃燒過程中產生的HO·自由基迅速消失的緣故。

聚苯乙烯單用含鹵阻燃劑時,需要10%?15%的Cl或4%?5%的Br才能達到難燃的口的;如果和自由基引發劑并用。則僅需4%?8%的C1或0.5%?3%的Br就可以了。

氧化銻(Sb2O3)作為阻燃劑單獨使用時效果很差,但與鹵化物并用時卻有優良的效果,其主要原因是在高溫下生成了鹵化銻。

SbCl3(沸點223℃)和SbBr3沸點288℃都是沸點較高的揮發性物質,因而能較長時間地留在燃燒區域中。鹵化銻在液、固相中能促進聚合物。阻燃劑體系脫鹵化氫和聚合物表面碳化。同時在氣相中又能捕獲HO·自由基。所以,氧化銻與含鹵阻燃劑并用是最廣泛使用的阻燃配方。

(1) 燃燒熱的分散和可燃性物質的稀釋

氫氧化鋁就是具備這種功能的阻燃劑之。它的阻燃性不強,因此添加的份量高達40?60份,兼作填充劑。在塑料燃燒時,氫氧化鋁會發生分解,同時吸收大量的熱。

由于燃燒熱被大置吸收,降低了聚合物的溫度,從而減緩了分解蒸發和燃燒。氫氧化鋁是不燃的,當以40?60份的量填充到聚含物中時,等于將可燃性聚合物“稀釋”。從而提高了難燃性。

另一方面在聚合物熱分解產生可燃性氣體的同時,如果聚合物-阻燃劑體系能分解產生H2O、HCl、NBr、CO2、NH3、N2等不燃性氣體,就能在一定程度上將可燃性氣體稀釋,達到阻燃效果。阻燃劑的作用實際上是上述各種因素綜合在一起的一個很復雜的過程。


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