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公司新聞
高聚物阻燃劑
發布者:宏泰基  發布于:2019/2/20 8:31:57  點擊率:4080

高聚物受熱時,可分解產生出揮發性可燃物,當可燃物濃度和物系溫度足夠高時,即可發生燃燒。所以高聚物的燃燒可分為熱氧降解和正常燃燒兩個過程。顯然,使高聚物受熱的熱源熱量應足以使高聚物分解,且分解產生的可燃物的濃度應達到燃燒極限,同時物系應被加熱到點燃溫度,燃燒才能發生。而已被點燃的高聚物在點燃源移走后能否繼續燃燒,則取決于燃燒過程中的熱量平衡,當燃燒產生的熱量大于燃燒各階段所需的總熱量時,高聚物的燃燒將繼續進行,否則將熄滅。

普遍認為聚合物的燃燒是由熱源、氧氣、可燃物及自由基反應4個要素組成。從本質上說,聚合物阻燃作用是通過阻止或減緩其中一個或幾個要素來實現的。主要包括6個方面:提高聚合物熱穩定性、捕捉自由基終止鏈反應、形成非可燃性保護膜、吸收熱量、產生高密度氣體隔離層、稀釋氧氣和可燃氣體。

至今被大家確認的阻燃機理有:固相阻燃機理、氣相阻燃機理和協效阻燃機理:

固相阻燃機理:也稱作凝聚相阻燃機理,其基本要點是:

(1)添加的阻燃劑能夠在固相中延緩或終止聚合物熱分解產生的可燃氣體和自由基,即兩者間存在化學反應,且反應在低于聚合物熱分解溫度下發生。

(2)填料型阻燃劑由于這些無機物具有較大的比熱容,因而起到蓄熱作用,又因非絕熱體,有可起導熱作用。因而聚合物不易達到熱分解溫度。

(3)添加吸熱后可分解的阻燃劑,能有效的阻止聚合物溫度升高而使溫度低于熱分解溫度。

(4)阻燃劑燃燒后可在聚合物表面生成多孔保護碳層,該層具有難燃、隔熱、隔氧作用,又能阻止可燃性氣體進入燃燒氣相,致使燃燒中斷。

氣相阻燃機理:氣相阻燃是指對聚合物受熱分解產生的氣體的燃燒或對火焰反應產生的阻止作用,其基本要點是:

(1)阻燃劑受熱或燃燒過程中能生成細微粒子,這種粒子促進燃燒過程中產生的自由基間相互作用,終止鏈反應。

(2)阻燃劑在受熱分解時,能釋放出大量的惰性氣體,稀釋氧和氣態可燃物,并降低可燃氣體的溫度,終止鏈反應。

(3)阻燃劑受熱后,只產生高密度蒸汽,這種蒸汽可覆蓋住聚合物分解出的可燃氣體,隔斷它與空氣和氧的接觸,從而阻止燃燒。

協效阻燃機理:為提高阻燃效率,常采用一種阻燃劑與另一種被稱為協效劑的并用,這種由兩種或以上組份組成的系統稱做協效阻燃系統。協效劑本身不一定是阻燃劑。協效系統的阻燃作用,往往大于由單一組份產生的阻燃作用之和,故也常稱為協同效應(SE)。

阻燃效果的表征:

阻燃效果主要由自熄性和氧指數2個指標表征。

自熄性:自熄時間越短,阻燃效果越好,單位一般用秒表示。

氧指數:即物質燃燒需要氧氣的百分含量。分極限氧指數(LOI)和臨界氧指數(COI),常用的為LOI。

含鹵素的橡膠(如氟橡膠,氯丁橡膠,CSM及CM)燃燒時,分解出脫鹵化氫(如HCl)及可燃性碳氫化合物(脫鹵化氫的溫度較聚合物主鏈斷裂成小分子產物的溫度要低,所以一般分解氯化氫要較分解出可燃性碳氫化合物要早),但鹵化氫是不可燃的,可以阻隔氧氣,沖淡可燃性物質,起到阻燃作用。因此這種物質難燃,有自熄性,是固有的阻燃材料。在一定范圍內,鹵素橡膠的鹵含量越高,其氧指數也越高。

阻燃體系:

可分為反應型和添加型兩大類。

反應型阻燃劑穩定,阻燃作用持久,可避免噴霜、析出等問題,對高聚物物性影響小且毒性小,但操作及加工工藝比較復雜,實際應用不普遍。

添加型阻燃劑是高聚物加工過程中與高聚物混合在一起。其熱分解溫度至少要高于高聚物加工成型溫度30℃,又可分為有機和無機兩大類。有機阻燃劑阻燃效果好,但毒性大,不符合無煙、低毒要求。無機阻燃劑熱穩定性好,燃燒時無有害氣體產生,安全性高,又可作填充劑降低成本。常用的無機阻燃劑主要有氫氧化鋁、氫氧化鎂和氧化銻等。

鹵-銻協同體系:

多數認為其阻燃機理為高溫下三氧化二銻Sb2O3能與氯(鹵)系阻燃劑分解出的HCl反應生成三氯化銻,其在燃燒區內發生分解,可捕獲在氣相中維持燃燒反應的活潑自由基,減少反應放熱量;三氯化銻蒸汽能長時間停留在燃燒區,稀釋可燃氣體,且其蒸汽密度大,可其隔熱、隔氧作用;且其間發生鹵氧化銻的分解是吸熱反應,可降低聚合物溫度和分解速度。

另外,在更高的溫度下660℃,Sb2O3可以氣化。

金屬氫氧化物:

無機阻燃劑安全性高,即低煙、低毒。常用的無機阻燃劑主要是氫氧化鋁和氫氧化鎂。

氫氧化鋁(ATH):又名三水合氧化鋁,其阻燃機理是脫水、吸熱。分解放出的水不僅起到冷卻劑還可起到稀釋劑的作用。此外脫水生成的氧化鋁層,具有極高的表面積,能吸收煙和可燃物,降低材料燃燒時釋放的二氧化碳。

氫氧化鎂:其脫水反應的溫度為340~490℃,當受熱時,氫氧化鎂會釋放結晶水,吸收大量熱;分解產生的氧化鎂覆蓋可燃物表面,起到隔熱作用;水汽降低氣相區可燃物濃度。氫氧化鎂在聚合物中具有阻燃、消煙、填充功能。

與氫氧化鋁相比,氫氧化鎂的熱分解溫度高60℃,吸熱量高17%,抑煙能力也較優,對于加工溫度高的聚合物,氫氧化鎂比氫氧化鋁更適宜。

來源:宏泰基阻燃材料,宏泰基阻燃劑。轉載請注明出處。

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