上圖為阻燃材料的檢測儀器

阻燃概念、分類、機(jī)理。

一、概念。

阻燃劑是一種能防止聚合物引燃或抑制火焰繼續(xù)蔓延的添加劑。磷、溴、氯、氮系阻燃劑、磷、鹵系阻燃劑、磷、氮系阻燃劑、銻、鋁等化合物是***常用、***重要的阻燃劑。見下：

(1)溴阻燃劑含溴阻燃劑是目前應(yīng)用***廣泛的阻燃劑之一，包括脂肪族、脂環(huán)族、芳香族和芳香-脂肪族含溴化合物。這種阻燃劑阻燃效率高，阻燃效果是氯第阻燃劑的兩倍，相對(duì)添加量少。

(2)氯系阻燃劑氯系阻燃劑由于價(jià)格低廉，仍被廣泛使用。氯含量***的氯化石蠟是工業(yè)上重要的阻燃劑，但熱穩(wěn)定性差，僅適用于加工溫度低于200℃的復(fù)合材料。氯化脂環(huán)烴和四氯鄰苯二甲酸酐熱穩(wěn)定性高，常用作不飽和樹脂的阻燃劑。在熱解過程中，其機(jī)理分解捕獲傳遞燃燒自由基的X和HX。HX可以稀釋可燃物裂解時(shí)產(chǎn)生的可燃?xì)怏w，隔斷可燃?xì)怏w與空氣的接觸。

(3)磷是一種阻燃劑，有機(jī)磷化物是一種添加型阻燃劑燃燒過程中產(chǎn)生偏磷酸，可形成穩(wěn)定的多聚體，促進(jìn)可燃物脫水炭化，防止或減少可燃?xì)怏w的產(chǎn)生。在熱解過程中，偏磷酸還形成覆蓋在可燃物表面的玻璃狀熔融物，促使其氧化產(chǎn)生二氧化碳，起到阻燃作用，這類阻燃劑主要有磷(膦)酸酯、含鹵磷酸酯和鹵化磷，如TPP.BDP.RDP.RDXP.CEPPA.DMMP.TCPP.TCEP等，廣泛應(yīng)用于環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、ABS等。

(4)在氮阻燃劑中，氮的化合物和可燃物促進(jìn)交鏈成炭，降低可燃物的分解溫度，產(chǎn)生不燃?xì)怏w，稀釋可燃?xì)怏w。

(5)無機(jī)阻燃劑無機(jī)阻燃劑是根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)習(xí)慣分離出來的一種阻燃劑，包括氧化銻、氫氧化鋁、氫氧化鎂和硼酸鋅。

(6)磷-鹵系阻燃劑。磷-氮系阻燃劑主要通過磷-鹵、磷-氮的協(xié)同作用達(dá)到阻燃目的，具有磷-鹵、磷-氮的雙重作用，阻燃效果更好。

阻燃劑也可以分為兩類:無機(jī)阻燃劑和有機(jī)阻燃劑。

1)有機(jī)阻燃劑以溴、氮、紅磷和磷化合物為代表；

2)無機(jī)主要是磺酸鹽系列、次磷酸鹽、三氧化二銻、氫氧化鎂、氫氧化鋁、硼酸鋅、硅系等阻燃系統(tǒng)。

從有無鹵簇元素的角度對(duì)阻燃劑進(jìn)行分類：有鹵阻燃劑和無鹵阻燃劑。

1)有鹵阻燃劑，如十溴二苯乙烷、十溴聯(lián)苯醚、溴化雙S醚、溴化三嗪、BC52/BC58等。

2)PC專用無鹵透明阻燃劑、磷氮互配阻燃劑(APP.MCA.MPP)、聚甲基苯基硅氧烷等無鹵阻燃劑。

二、阻燃機(jī)制系統(tǒng)介紹。

阻燃劑通過吸熱、覆蓋、抑制鏈反應(yīng)、不燃?xì)怏w窒息等多種機(jī)制發(fā)揮阻燃作用。大多數(shù)阻燃劑通過幾種機(jī)理共同作用達(dá)到阻燃目的。

1、吸熱

任何燃燒在短時(shí)間內(nèi)釋放的熱量都是有限的。如果能在短時(shí)間內(nèi)吸收火源釋放的部分熱量，火焰溫度就會(huì)降低，輻射到燃燒表面并作用于將氣化的可燃分子裂解成自由基的熱量就會(huì)減少，燃燒反應(yīng)就會(huì)得到一定程度的抑制。在高溫條件下，阻燃劑發(fā)生強(qiáng)烈的吸熱反應(yīng)，吸收燃燒釋放的部分熱量，降低可燃物表面溫度，有效抑制可燃?xì)怏w的產(chǎn)生，防止燃燒蔓延。

Al(OH)3阻燃劑的阻燃機(jī)理是提高聚合物的熱容，使其在達(dá)到熱分解溫度之前吸收更多的熱量，從而提高其阻燃性能。這種阻燃劑充分發(fā)揮其結(jié)合水蒸氣時(shí)大量吸熱的特點(diǎn)，提高其自身的阻燃能力。

2、覆蓋作用

在可燃材料中加入阻燃劑后，阻燃劑可以在高溫下形成玻璃狀或穩(wěn)定的泡沫覆蓋層，隔離氧氣，具有隔熱隔氧的作用，防止可燃?xì)怏w向外逸出，從而達(dá)到阻燃的目的。如果有機(jī)阻磷阻燃劑受熱，可以產(chǎn)生結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定的交聯(lián)固體物質(zhì)或碳化層。碳化層的形成一方面可以防止聚合物進(jìn)一步熱解，另一方面可以防止內(nèi)部熱分解產(chǎn)生物進(jìn)入氣相參與燃燒過程。

3、抑制鏈反應(yīng)

根據(jù)燃燒鏈反應(yīng)理論，維持燃燒需要自由基。阻燃劑可作用于氣相燃燒區(qū)，捕捉燃燒反應(yīng)中的自由基，防止火焰?zhèn)鞑ィ档腿紵齾^(qū)的火焰密度，***終降低燃燒反應(yīng)速度，直至終止。例如含鹵阻燃劑，其蒸發(fā)溫度與聚合物分解溫度相同或相近，當(dāng)聚合物受熱分解時(shí)，阻燃劑也同時(shí)揮發(fā)。此時(shí)，含鹵阻燃劑和熱分解產(chǎn)物同時(shí)位于氣相燃燒區(qū)，鹵素可以捕捉燃燒反應(yīng)中的自由基，從而防止火焰?zhèn)鞑?，降低燃燒區(qū)的火焰密度，***終降低燃燒反應(yīng)速度直至終止。

4、不燃?xì)怏w窒息

阻燃劑加熱時(shí)分解不燃?xì)怏w，將可燃物分解的可燃?xì)怏w濃度沖淡至燃燒下限以下。同時(shí)，它還可以稀釋燃燒區(qū)度，防止燃燒繼續(xù)進(jìn)行，達(dá)到阻燃的效果。