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阻燃剂的种类和用途

来源:www.qdyunlin.com.cn 发布时间:2020年08月25日

   阻燃剂(FR)又称阻燃剂、阻燃剂或阻燃剂,是一种能提高易燃或可燃材料的阻燃性、自熄或消烟的添加剂。是重要精细化工产品和合成材料的主要助剂之一。广泛应用于航空航天、化工建材、交通运输、室内装饰等领域。
(作用机制)


FR的阻燃作用是防止或降低聚合物材料在燃烧过程中发生物理或化学变化的速率。这些职能体现在以下几个方面:
(1)吸热效应的作用是使高分子材料的温度难以升高。例如,水化氧化铝受热后脱水产生吸热效应,从而降低材料温度的上升,产生阻燃效果。
阻燃剂在高温作用下熔化或分解形成一层保护层,从而降低高聚物分解产生的可燃气体的逸出,并阻碍氧气的供应,从而起到阻燃作用。硼酸和磷酸盐是根据这一机理作用的。


(3)具有稀释作用的阻燃剂在燃烧过程中产生大量的不可燃气体,如CO2、NH3、HCl、H2O等,稀释可燃气体和氧气的浓度,实现阻燃。


(4)具有降低作用的聚合物燃烧主要是自由基链式反应。有些物质可以捕获燃烧反应的活性中间体,如Ho?H ?, ?O ?,吗?,并降低自由基的连锁反应,从而降低燃烧速率,直至火焰熄灭。常见的有机卤素化合物如溴和氯都有这种降低作用。


(类型和使用)
阻燃剂的种类很多,按其组成可分为有机阻燃剂和无机阻燃剂。典型的阻燃剂有卤素、磷、氢氧化铝和氢氧化镁。
1. 卤化阻燃剂是一种以卤素元素为阻燃剂的含卤素元素的阻燃剂。四种卤素元素氟(f)、氯(CL)、溴(BR)和碘(I)具有阻燃性。阻燃效果按F、Cl、Br、I的顺序增强,以碘基阻燃剂强。在生产中,广泛使用的阻燃剂只有氯和溴,很少使用氟和碘。这是因为氟有机阻燃剂太强的氟键捕捉自由基,和我债券i-containing阻燃剂太弱很容易遭到破坏,影响聚合物的性质(如照片稳定),所以下面的阻燃性能已经失去了降解温度。卤代阻燃剂(特别是溴代阻燃剂)具有阻燃效率高、消耗低、相对成本低等优点。此外,溴化阻燃剂与材料具有良好的配伍性,因此卤代阻燃剂仍是我国主要的阻燃剂,主要包括氯和溴,占整个阻燃体系的百分之以上。然而,卤化阻燃剂在高温和明火条件下会释放出腐蚀性的有毒气体,如卤化氢和烟雾。在提高阻燃性能的同时,更加注重环境保护和生态保护是阻燃剂的发展趋势。在此背景下,一些传统的溴化阻燃剂已经受到越来越严格的环保和阻燃法规的压力,迫使用户寻找溴化阻燃剂的替代品将促进新型阻燃材料的出现。


2. 磷基阻燃剂根据其组成、结构和作用机理可分为无机磷基阻燃剂、磷基膨胀型阻燃剂和有机磷基阻燃剂。无机磷阻燃剂主要有红磷、磷酸盐和聚磷酸铵。红磷对多种聚合物具有良好的阻燃作用,自1965年被发现以来引起了人们的广泛关注。红磷作为一种阻燃剂,可以使大部分聚合物具有良好的阻燃性能,用量低,处理过程稳定。它不仅在气相中产生自由基,而且在凝固相中形成碳层。

 

目前,通过对红磷进行表面处理、稳定处理和涂层处理,大大提高了红磷的吸湿性、自燃温度、磷化氢的释放、粉尘爆炸浓度、降低高自燃以及与聚合物的相容性。但由于红磷本身的颜色,其在纺织工业中的应用受到了限制。膨胀型阻燃剂是一种以磷、氮为主要阻燃元素的阻燃剂。该阻燃剂由酸性源(脱水剂)、碳源(成炭剂)和气体源(发泡剂)组成。该体系作为防火涂料已经使用了很长时间,但其膨胀特性直到现在才得到人们的重视。其机理是膨胀型阻燃剂受热后在材料表面形成致密的多孔碳层。碳泡沫层可以防止进一步降解聚合物的内层和燃料表面的释放,同时也防止热源转移到聚合物和隔离氧气源,从而有效阻止火焰的蔓延和传播和实现阻燃性的影响。该技术基本上克服了许多传统阻燃剂的缺点。被誉为阻燃技术的一次革命,受到了阻燃界的高度评价。它是未来阻燃材料发展的主流。

 

有机磷化合物是一种添加剂型阻燃剂,具有阻燃和增塑双重功能。该阻燃剂产生的偏磷酸能形成稳定的聚合物,覆盖可燃材料表面,隔离外部氧气的进入和内部可燃气体的溢出,从而起到阻燃作用。其阻燃效果是溴化物的4 ~ 7倍。磷基阻燃剂具有低卤、无卤、低烟、低毒等特点。

 

3.氢氧化铝和氢氧化镁阻燃剂氢氧化铝和氢氧化镁阻燃剂是常见的无机阻燃剂,无毒的优点,稳定性好,不产生有毒气体在高温下,和可以减少吸烟数量的塑料在燃烧,等等,价格低廉,来源广泛。氢氧化铝的脱水吸热温度较低,约为235 ~ 350℃。因此,氢氧化铝在塑料燃烧初期的阻燃效果是显著的。氢氧化镁阻燃剂能显著降低PE、PP、PVC和ABS的热分解温度,具有良好的阻燃和减烟效果。然而,氢氧化镁的分解温度较高,约为340 ~ 490℃,热吸收也小,降低材料的温升的性能比氢氧化铝,但聚合物的阻燃剂碳化的影响比氢氧化铝。因此,氢氧化镁和氢氧化铝复合使用,相互补充,阻燃效果优于单一使用。但是,由于无机阻燃剂属于填充型,在树脂中加入大量无机阻燃剂会不同程度地影响材料的加工性能和机械性能。因此,对传统无机阻燃剂进行改性已成为研究的热点。微胶囊化、表面改性、少尘或无尘以及无机阻燃剂的协同作用已成为解决这一问题的好方法。

 

4. 三氧化二锑、胶体五氧化二锑和锑钠是锑系列阻燃剂的主要产品,其中三氧化二锑应用广泛。是一种典型的添加剂型无机阻燃剂,主要用于塑料制品、纺织品、橡胶、木材等的阻燃。其阻燃机理为三氧化二锑在燃烧阶段先熔解,熔点为665℃。在材料表面形成保护膜以隔离空气。通过内部吸热反应降低燃烧温度。在高温下,三氧化二锑被氧化,稀释空气中的氧浓度,起到阻燃作用。无卤锑化合物几乎没有阻燃作用,但当它们与含卤有机化合物一起使用时,构成了一个非常有效的锑/卤阻燃协同体系。我国的锑储量首居世界,这对锑基阻燃剂的发展非常有利。

 

5. 硼酸锌在300℃开始释放结晶水,在卤素化合物存在下形成卤化硼和卤化锌,降低和捕获游离羟基,防止燃烧链式反应;同时形成固相覆盖层,隔离燃烧的表面空气,防止火焰继续燃烧,起到烟灭弧的作用。硼酸锌阻燃剂可以单独使用,也可以与有机卤化物和三氧化二锑混合使用。

 

 6. 有机硅阻燃剂是一种新型的无卤阻燃剂,也是一种制碳抑烟剂。美国通用汽车公司生产的硅酮阻燃剂sfr-100是一种透明粘稠的硅酮聚合物,通常与一种或多种增效剂(硬脂酸镁、聚磷酸铵和季戊四醇的混合物、氢氧化物等)结合使用。通过类似于互穿聚合物网络(IPN)的部分交联机制,Sfr-100可被纳入衬底的聚合物结构中。这一机理可以尽可能地限制硅添加剂的流动性,防止其迁移到阻燃聚合物的表面。Sfr-100可以改善聚烯烃的表面光洁度,但不能改善其表面其他性能。瑞士法郎-100已用于阻燃聚乙烯、聚丙烯和其他聚烯烃。它能在低用量下满足一般阻燃要求,并能保持基材原有的性能。如果增加用量,可使基材具有优良的阻燃性和抑烟性,使此类阻燃材料可用于消防要求非常严格,不适用上述阻燃体系的地方。

 7. 膨胀石墨是一种新型的无卤阻燃剂。采用天然鳞片石墨经化学处理制成。处理过程为:用H2SO4浸泡片状石墨,使SO42 -进入石墨的层状晶格结构,再用水冲走石墨表面的游离酸,干燥后达到合适含水率。可膨胀石墨的阻燃机理是:当暴露在200℃以上的高温下,由于吸附在层晶格中的化合物分解,石墨会沿结构轴线膨胀数百倍,1100℃时达到大体积。膨胀后的终体积可达到初始值的280倍,这一特性使可膨胀石墨在发生火灾时可以通过瞬间增加体积来熄灭火焰。目前,可膨胀石墨已经在聚氨酯泡沫塑料等各个领域进行了商业应用,还应用于结构组合、电缆分段和分段管道的防火。

 8. 双羟基金属氧化物(LDHs)是一种阴离子层状结构材料,其化学成分为m1-x2 + MX3 + (OH) 2aX / NN -?Mh2o, M2 +, M3 +分别代表二价金属离子和三价金属离子。

 

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