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阻燃材料丨常用的六種阻燃劑


在現(xiàn)代社會中,高分子材料的應(yīng)用極其廣泛,從日常生活用品到工業(yè)、建筑、電子等領(lǐng)域都隨處可見。然而,高分子材料大多具有易燃的特性,這給人們的生命和財產(chǎn)安全帶來了潛在威脅。為了降低高分子材料的可燃性,提高其阻燃性能,阻燃助劑應(yīng)運(yùn)而生。


一、鹵系阻燃劑

鹵系阻燃劑是最早被廣泛使用的一類阻燃劑,主要包括溴系阻燃劑和氯系阻燃劑。溴系阻燃劑具有阻燃效率高、添加量少、對材料性能影響小等優(yōu)點。它們通過在燃燒過程中釋放出溴化氫等鹵化氣體,捕捉自由基,終止燃燒鏈?zhǔn)椒磻?yīng),從而起到阻燃的作用。常見的溴系阻燃劑有十溴二苯醚(分解溫度約為 300℃)、四溴雙酚 A(分解溫度約為 240℃)等。

氯系阻燃劑的阻燃原理與溴系類似,但阻燃效率相對較低。然而,氯系阻燃劑價格較為低廉,在一些對阻燃要求不高的場合仍有應(yīng)用。鹵系阻燃劑雖然具有良好的阻燃效果,但也存在一些問題。一方面,它們在燃燒時可能會釋放出有毒的鹵化氣體,對環(huán)境和人體健康造成危害;另一方面,隨著環(huán)保要求的日益提高,鹵系阻燃劑的使用受到了越來越多的限制。


二、磷系阻燃劑

有機(jī)磷系阻燃劑涵蓋磷酸酯、亞磷酸酯、膦酸酯、有機(jī)磷鹽,以及磷雜環(huán)化合物和聚合物磷(膦)酸酯等,其中應(yīng)用最為廣泛的當(dāng)屬磷酸酯與膦酸酯,磷系阻燃劑的研究正蓬勃發(fā)展,每年都有諸多報道,且主要聚焦于后面這兩種。有機(jī)次膦酸金屬鹽作為新興的阻燃劑,備受矚目。

磷添加劑的作用機(jī)理在于,阻燃劑受熱時可生成結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定的交聯(lián)狀固體物質(zhì)或碳化層。碳化層的形成,一方面能夠阻止聚合物進(jìn)一步熱解,另一方面可以阻攔其內(nèi)部熱分解產(chǎn)生的物質(zhì)進(jìn)入氣相參與燃燒過程。常見的有機(jī)磷系阻燃劑有磷酸酯(分解溫度約為 200℃)、膦酸酯(分解溫度約為 250℃)等。無機(jī)磷系阻燃劑主要包括紅磷等。紅磷具有較高的阻燃效率,但存在顏色深、易吸濕、與高分子材料相容性差等缺點。為了克服這些缺點,通常需要對紅磷進(jìn)行微膠囊化處理。磷系阻燃劑的優(yōu)點是阻燃效率高、環(huán)保性好,但其缺點是熱穩(wěn)定性相對較差,在某些應(yīng)用場合可能會受到限制。


三、氮系阻燃劑

氮系阻燃劑中主要包含三聚氰胺及其衍生物等。其阻燃原理具有多方面的作用。首先,在燃燒過程中,氮系阻燃劑會分解并產(chǎn)生諸如氮氣等不可燃?xì)怏w,這些氣體能有效稀釋氧氣,進(jìn)而降低燃燒速度。其次,它還能夠推動材料形成炭層,以此顯著提高材料的阻燃性能。

具體來看,三聚氰胺及其縮合產(chǎn)物和鹽在阻燃劑領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。在眾多應(yīng)用場景中,它們常常與含 P 阻燃劑進(jìn)行復(fù)合使用,當(dāng)然,也可以和金屬水合物以及鹵化阻燃劑共同搭配使用。其主要的作用機(jī)理體現(xiàn)為:一方面,三聚氰胺在吸熱分解的過程中能使聚合物基質(zhì)實現(xiàn)冷卻;另一方面,受熱分解后會生成水、二氧化碳和氨等非可燃?xì)怏w;同時,還會形成碳層。在選擇三聚氰胺基阻燃劑時,主要依據(jù)聚合物基質(zhì)的加工溫度以及它對水解的敏感程度來決定。

氮系阻燃劑具備一些明顯優(yōu)點,如無鹵、低毒,對環(huán)境較為友好。不過,它也存在一定的局限性,那就是阻燃效率相對較低。因此,通常情況下需要與其他阻燃劑配合使用,通過復(fù)配的方式才能獲得較好的阻燃效果,以滿足不同應(yīng)用場景對阻燃性能的需求。


四、金屬氫氧化物阻燃劑

金屬氫氧化物阻燃劑是一種無鹵、無毒、環(huán)保的阻燃劑,主要包括氫氧化鋁(分解溫度約為 200℃)和氫氧化鎂(分解溫度約為 340℃)。在燃燒過程中,金屬氫氧化物受熱分解,吸收大量的熱量,降低材料的表面溫度,同時釋放出水分,起到冷卻和稀釋可燃?xì)怏w的作用。此外,分解產(chǎn)生的金屬氧化物還可以形成炭層,提高材料的阻燃性能。

金屬氫氧化物阻燃劑的優(yōu)點是阻燃效率高、環(huán)保性好、價格低廉,但其缺點是添加量較大,會對材料的力學(xué)性能產(chǎn)生一定的影響。


五、膨脹型阻燃劑

膨脹型阻燃劑是一種新型的無鹵阻燃劑,主要由酸源、炭源和氣源三部分組成。在燃燒過程中,膨脹型阻燃劑會在材料表面形成一層致密的炭層,起到隔熱、隔氧的作用,阻止燃燒的進(jìn)一步蔓延。

分解產(chǎn)生的氣體還可以起到稀釋可燃?xì)怏w的作用,降低燃燒速度。膨脹型阻燃劑的優(yōu)點是阻燃效率高、環(huán)保性好、對材料的力學(xué)性能影響小,但其缺點是價格相對較高,在一些應(yīng)用場合可能會受到限制。


六、納米阻燃劑

納米阻燃劑是一種新型的阻燃劑,主要包括納米氫氧化鎂、納米氫氧化鋁、納米碳管等。納米阻燃劑具有比表面積大、表面活性高、分散性好等優(yōu)點,可以在材料中均勻分散,提高阻燃效果。

納米阻燃劑還可以改善材料的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性等。納米阻燃劑的優(yōu)點是阻燃效率高、環(huán)保性好、對材料的性能影響小,但其缺點是價格相對較高,在一些應(yīng)用場合可能會受到限制。


總結(jié)

阻燃助劑的種類繁多,每種阻燃劑都有其獨特的阻燃機(jī)制和優(yōu)缺點。在實際應(yīng)用中,需要根據(jù)高分子材料的種類、使用環(huán)境、阻燃要求等因素,選擇合適的阻燃劑,并進(jìn)行合理的配方設(shè)計,以達(dá)到最佳的阻燃效果。同時,隨著環(huán)保要求的日益提高,開發(fā)新型的無鹵、環(huán)保、高效的阻燃劑將是未來的發(fā)展趨勢。

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