阻燃劑阻燃機理總結(jié)

1、阻燃劑阻燃機理總結(jié)阻燃劑阻燃機理總結(jié)EditedByShanKer聚合物的燃燒是一個非常激烈復雜的熱氧化反應，具有冒發(fā)濃煙或熾烈火焰的特征。燃燒的一般過程是在外界熱源的不斷加熱下，聚合物先與空氣中的氧發(fā)生自由基鏈式降解反應，產(chǎn)生揮發(fā)性可燃物，該物達到一定濃度和溫度時就會著火燃燒起來，燃燒所放出的一部分熱量供給正在降解的聚合物，進一步加劇其降解，產(chǎn)生更多的可燃性氣體，火焰在很短的時間內(nèi)就會迅速蔓延而造成一場大火。阻燃劑是一類能夠阻止塑料引

2、燃或抑制火焰?zhèn)鞑サ闹鷦?。根?jù)其使用方法可分為添加型和反應型兩類，添加型阻燃劑是在塑料的加工過程中摻入塑料中，多用于熱塑性塑料。反應型阻燃劑是在聚合物合成過程中作為單體化學鍵合到聚合物分子鏈上，多用于熱固性塑料，有些反應型阻燃劑也可用作添加型阻燃劑。按照化學結(jié)構(gòu)，阻燃劑又可分為無機和有機兩類，在這些化合物中多含有鹵素和磷，有的含有銻、硼、鋁等元素。1.阻然劑的阻燃效應阻然劑的阻燃效應阻燃劑的阻燃作用就是在聚合物材料的燃燒過程中能阻止或抑制

3、其物理或化學變化的速度，具體說來，這些作用體現(xiàn)在以下幾個方面。(1)吸熱效應：其作用是使高聚物材料的溫度上升發(fā)生困難，例如，硼砂具有10個分子的結(jié)晶水，由于釋放出結(jié)晶水要奪取141。8kJmol熱量，因其吸熱而使材料的溫度上升受到了抑制，從而產(chǎn)生阻燃效果。水合氧化鋁的阻燃作用也是因其受熱脫水產(chǎn)生吸熱效應的緣故。另外，一些熱塑性聚合物裂解時常產(chǎn)生的熔滴，因能離開燃燒區(qū)移走反應熱，也能發(fā)揮一定的阻燃效果。(2)覆蓋效應：其作用是在較高溫度下

4、生成穩(wěn)定的覆蓋層，或分解生成泡沫狀物質(zhì)，覆蓋于高聚物材料的表面，使燃燒產(chǎn)生的熱量難以傳入材料內(nèi)部，使高聚物材料因熱分解而生成的可燃性氣體難于逸出，并對材料起隔絕空氣的作用，從而抑制材料裂解，達到阻燃的效果。如磷酸酯類化合物和防火發(fā)泡涂料等可按此機理發(fā)揮作用。(3)稀釋效應：此類物質(zhì)在受熱分解時能夠產(chǎn)生大量的不燃性氣體，使高聚物材料所產(chǎn)生的可燃性氣體和空氣中氧氣被稀釋而達不到可燃的濃度范圍，從而阻止高聚物材料的發(fā)火燃燒。能夠作為稀釋氣體的

5、有CO2，NH3，HCl和H2O等。磷酸胺、氯化胺、碳酸胺等加熱時就能產(chǎn)生這種不燃性氣體。(4)轉(zhuǎn)移效應：其作用是改變高聚物材料熱分解的模式，從而抑制可燃性氣體的產(chǎn)生。例如，利用酸或堿使纖維素產(chǎn)生脫水反應而分解成為炭和水，因為不產(chǎn)生可燃性氣體，也就不能著火燃燒。氯化胺、磷酸胺、磷酸酯等能分解產(chǎn)生這類物質(zhì)，催化材料稠環(huán)炭化，達到阻燃目的。(5)抑制效應(捕捉自由基)：高聚物的燃燒主要是自由基連鎖反應，有些物質(zhì)能捕捉燃燒反應的活性中間體HO

6、、H、O、HOO等，抑制自由基連鎖反應，使燃燒速度降低直至火焰熄滅。常用的溴類、氯類等有機鹵素化合物就有這種抑制效應。(6)增強效應(協(xié)同效應)：有些材料，若單獨使用并無阻燃效果或阻燃效果不大，多種材料并用就可起到增強阻燃的效果。三氧化二銻與鹵素化合物并用，就是最為典型的例子。其結(jié)果是，不但可以提高阻燃效率，而且阻燃劑的用量也可減少。2.阻燃機理阻燃機理材料的阻燃性，常通過氣相阻燃、凝聚相阻燃及中斷熱交換阻燃等機理實現(xiàn)。抑制促進燃燒反應

7、鏈增長的自由基而發(fā)揮阻燃功能的屬氣相阻燃；在固相中延緩或阻止高聚物熱分解起阻燃作用的屬凝聚相阻燃；將聚合物燃燒產(chǎn)生的部分熱量帶走而導致的阻燃，則屬鹵系阻燃劑包括溴系和氯系阻燃劑。鹵系阻燃劑是目前世界上產(chǎn)量最大的有機阻燃劑之一。在鹵系阻燃劑中大部分是溴系阻燃劑。工業(yè)生產(chǎn)的溴系阻燃劑可分為添加型、反應型及高聚物型三大類，而且品種繁多。國內(nèi)外市場上現(xiàn)有20種以上的添加型溴系阻燃劑，10種以上的高分子型溴系阻燃劑，20種以上的反應型溴系阻燃劑。

8、添加型的阻燃劑主要有十溴二苯醚(DBDPO)，四溴雙酚A，雙(2，3一二烷丙基)醚(TBAB)，八溴二苯醚(OBDPO)等；反應型阻燃劑主要有四溴雙酚A(TBBPA)，2，4，6三溴苯酚等；高分子型阻燃劑主要有溴化聚苯乙烯、溴化環(huán)氧、四溴雙酚A碳酸酯齊聚物等。溴系阻燃劑之所以受到青睞，其主要原因是它的阻燃效率高，而且價格適中。由于CBr鍵的鍵能較低，大部分溴系阻燃劑的分解溫度在200℃~300℃，此溫度范圍正好也是常用聚合物的分解溫度范

9、圍。所以在高聚物分解時，溴系阻燃劑也開始分解，并能捕捉高分子材料分解時的自由基，從而延緩或抑制然燒鏈的反應，同時釋放出的HBr本身是一種難燃氣體，可以覆蓋在材料的表面，起到阻隔與稀釋氧氣濃度的作用。這類阻燃劑無不例外的與銻系(三氧化二銻或五氧化二銻)復配使用，通過協(xié)同效應使阻燃效果得到明顯提高。鹵系阻燃劑主要在氣相中發(fā)揮阻燃作用。因為鹵化物分解產(chǎn)生的鹵化氫氣體，是不燃性氣體，有稀釋效應。它的比重較大，形成一層氣膜，覆蓋在高分子材料固相表

10、面，可隔絕空氣和熱，起覆蓋效應。更為重要的是，鹵化氫能抑制高分子材料燃燒的連鎖反應，起清除自由基的作用。以溴化物為例，其抑制自由基連鎖反應的機理如下：含溴阻燃劑→BrBrRH→RHBrHOHBr=H2OBr高分子材料中加入的含溴阻燃劑，遇火受熱發(fā)生分解反應，生成自由基Br，它又與高分子材料反應生成溴化氫，溴化氫與活性很強的OH自由基反應，一方面使得Br再生，一方面使得OH自由基的濃度減少，使燃燒的連鎖反應受到抑制，燃燒速度減慢，直至熄滅

11、。但是當發(fā)生火災時，由于這些材料的分解和燃燒產(chǎn)生大量的煙塵和有毒腐蝕性氣體造成“二次災害”，且燃燒產(chǎn)物(鹵化物)具有很長的大氣壽命，一旦進入大氣很難去除，嚴重地污染了大氣環(huán)境，破壞臭氧層。另外，多溴二苯醚阻燃的高分子材料的燃燒及裂解產(chǎn)物中含有有毒的多溴代二苯并二惡烷(PBDD)及多溴代二苯并呋喃(PBDF)。1994年9月，美國環(huán)境保護局評價證明了這些物質(zhì)對人和動物是致毒物質(zhì)。3.2磷及磷化合物的阻燃機理磷及磷化合物很早就被用作阻燃劑使

12、用，對它的阻燃機理研究得也較早，起初發(fā)現(xiàn)使用含磷阻燃劑的材料燃燒時會生成很多焦炭，并減少了可燃性揮發(fā)性物質(zhì)的生產(chǎn)量，燃燒時阻燃材料的熱失重大大降低，但阻燃材料燃燒時的煙密度比未阻燃時增加。根據(jù)上面的事實提出了一些阻燃機理。從磷化合物在不同反應區(qū)內(nèi)所起阻燃作用可分為凝聚相中阻燃機理和蒸汽相中阻燃機理，有機磷系阻燃劑在凝聚相中發(fā)揮阻燃作用，其阻燃機理如下：在燃燒時，磷化合物分解生成磷酸的非燃性液態(tài)膜，其沸點可達300℃。同時，磷酸又進一步脫

13、水生成偏磷酸，偏磷酸進一步聚合生成聚偏磷酸。在這個過程中，不僅由磷酸生成的覆蓋層起到覆蓋效應，而且由于生成的聚偏磷酸是強酸，是很強的脫水劑，使聚合物脫水而炭化，改變了聚合物燃燒過程的模式并在其表面形成碳膜以隔絕空氣，從而發(fā)揮更強的阻燃效果。磷系阻燃劑的阻燃作用主要體現(xiàn)在火災初期的高聚物分解階段，因其能促進聚合物脫水發(fā)化，從而減少聚合物因熱分解而產(chǎn)生的可燃性氣體的數(shù)量，并且所生成的碳膜還能隔絕外界空氣和熱。通常，磷系阻燃劑對含氧聚合物的作