阻燃剂的现状和发展趋势陈建兵(池州学院化学与食品科学系,安徽池州247000)摘要:从燃烧机理和阻燃机理以及主要研究现状方面介绍了阻燃剂,并就未来阻燃剂的研究方向进行了探讨。
关键词:阻燃剂;燃烧;发展中图分类号:TQ314124+8 文献标志码:A 文章编号:1005-8141(2008)05-0559-02Development and Situation o f Flame RetardantCHEN Jian-bin(Department of Chemistry and Food Science,Chizhou College,Chizhou 247000,China)Abstract:The mechanism of combustion were introduced briefly in the text,and introduced the mechanism of flame and the situation of re -search,predicted the develop ment of flame retardant in the future.Key words:flame retardant;combusti on;development收稿日期:2008-04-17;修订日期:2008-05-15基金项目:安徽省教育厅自然基金(编号:KJ 2006B156;KJ2008B177)。
作者简介:陈建兵(1980-),男,硕士,讲师,主要从事水性高分子与无机非金属材料研究。
阻燃剂是合成高分子材料加工的重要助剂之一,其功能是使合成材料具有难燃性、自熄性和消烟性。
随着科学进步与环境保护意识的提高,人们不但开发出性能更好的阻燃剂,而且对阻燃剂自身与使用过程中的环境保护问题也提出了更为严格的要求。
阻燃剂的无卤化、低毒化、复合化、抑烟化已经成为21世纪阻燃剂整体发展趋势,因此我国的阻燃剂发展具有广阔的发展前景[1]。
本文就未来阻燃剂研究的方向进行了探讨。
1 燃烧机理聚合物燃烧是一个极其复杂的热氧化过程,导致燃烧过程进行的基本要素是:热、氧和可燃物。
其燃烧可分为5个阶段:受热、热降解、着火、燃烧和扩散,在燃烧过程中产生含有大量的高能自由基HO -,如果空气流通,燃烧就会越来越剧烈,但只要降低HO -自由基的浓度或切断氧的供应,就可以达到阻燃的目的,主要有:¹降低着火点,防止聚合物降解出自由基;º隔绝空气;»捕获活性极大的HO -自由基,阻止火焰的蔓延。
2 阻燃机理卤素阻燃剂的阻燃机理:卤素在燃烧时能生成卤化氢,卤化氢是一种自由基的捕捉剂。
它能捕捉促进高分子化合物燃烧反应的HO -自由基,从而使火焰减小,达到阻燃效果。
磷系阻燃剂的阻燃机理:磷化物不论是固相还是液相都有很好的阻燃效果,这是因为磷化物在火焰中产生这样的反应过程:磷酸)偏磷酸)聚偏磷酸,由于生成的磷酸层不挥发的保护,隔绝了空气,产生了阻燃效果。
另一个原因是产生聚偏磷酸,具有强力的脱水作用,使有机物炭化,而炭化膜也起到了隔绝空气的效果。
锑系阻燃剂的相乘效应:单独使用锑的氧化物并没有阻燃效果,但与卤素阻燃剂相配合,就使其效果增大,人们把这种效应称为/相乘效应0,把锑的氧化物称为助阻燃剂,卤素与三氧化二锑的相乘效应,其机理可认为是由于聚合物在固相的脱水作用引起了炭化,捕捉在气象的自由基,使自由基停止连锁反应,即卤素与三氧化锑反应生成卤素化锑;在245)564e ,随着温度的上升,各阶段连续生成的三氯化锑(气态),在气相时能起到自由基捕捉剂的作用。
氧化铝水合物的阻燃剂机理:一般认为氧化铝水合物受热时,失水变成氧化铝的反应是失水,使燃烧温度降低,当周围温度下降到200)300e 时,它完全失水变成无水氧化铝,可稀释聚合物受热分解后放出的可然性气体,同时还可以吸收凝聚炭的极小微粒,即起消烟阻燃作用。
3 阻燃剂的研究现状自从1908年Engelard G A 等用天然橡胶与氯气反应制得了阻燃氯化橡胶,开创了以化学方法阻燃高聚物的先河以来,特别是近40年高分子工业迅速发展的需求,阻燃技术得到迅速的发展,开发出许多高效的、#559#资源开发与市场Res ource Development &Market 200824(6) #资源与环境#新型的阻燃剂[2-4]。
其研究成果主要有:¹阻燃剂微胶囊化的研究[5]。
微胶囊化技术是一种新颖的工艺,国外开始于20世纪70年代初期,80年代后期才有少量应用报道。
微胶囊是一种直径范围为1)500L m的微小/容器0,通常是用天然高分子膜或合成高分子膜来制造这种/容器0的器壁(囊壁)。
膜的厚度因微胶囊的制造与膜素材的不同而异,一般在0.1)1L m的范围内。
囊壁是由各种高分子化合物制成,如聚酰胺、聚脲等。
阻燃剂微胶囊化可提高阻燃剂的热稳定性及强度,并增强无机阻燃剂与有机阻燃剂的相容性,使材料物理机械性能降低的现象得到改善,可大大改善阻燃剂的其它物理性能,扩大其应用范围。
º阻燃聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料研究。
聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料(PLS)[6]阻燃性能的系统研究始于1996年,此阶段人们正在积极寻找新型阻燃剂,所以它的阻燃性能一经报道就引起业内人士的兴趣,成为研究热点。
纳米级层状硅酸盐添加剂量少(一般为基材质量的2%)5%),分散性好,添加剂与聚合物之间接触面积极大且存在两者界面间的化学键,因此它们具有理想的粘接性能,以及无迁移、无污染、阻燃性能较好。
更重要的是,它拥有聚合物/无机物纳米复合材料特有的性能,这是常规阻燃添加剂无法比拟的。
»表面改性、超细化[7]。
它是无机阻燃剂发展方向。
无机阻燃剂具有热稳定性好、不挥发、不产生腐蚀性和有毒气体等特点,价格便宜。
无机阻燃剂占各类阻燃剂1/2以上,主要品种有:氢氧化铝、氢氧化镁、红磷、氧化锑、氧化钼、氧化锆、钼酸铵、硼酸锌等,其中氢氧化铝(ATH)占无机阻燃剂的80%以上。
但由于无机阻燃剂的阻燃效果差,添加量大,须采用新技术,如超细化、表面改性、大分子键合等进行改进。
¼复合化[8]研究。
通过各种阻燃体系的复配使用,复合阻燃体系取多种阻燃剂的优点,弥补了单一阻燃剂的不足,从而在获得更佳阻燃效果的同时较好地保持了材料原有性能。
如超微细Mg(OH)2和十溴联苯醚,硅烷偶联剂复配阻燃体系与高密度聚乙烯的填充共混材料,超微细复合阻燃体系显著提高了体系的阻燃性能。
复合阻燃材料为合成材料的阻燃开辟了广阔的前景,因此无机阻燃剂之间以及无机与有机阻燃剂之间的复配使用,已成为研究工作的一个热点。
½大分子技术[9]。
当前阻燃技术的发展呈现出许多新的动向,大分子技术是阻燃研究中刚新起的新技术之一,近年来其研究非常活跃,并取得了一系列成果,如溴系阻燃剂发展的新特点是提高溴含量和增大分子量。
众所周知,溴系阻燃剂的主要缺点是会降低被阻燃基材的抗紫外线稳定性,燃烧时生成较多的烟、腐蚀性气体和有毒气体,所以使用受到了一定限制。
但这些阻燃剂又特别适合于各类工程塑料,在迁移性、相容性、热稳定性、阻燃性等方面均大大优于许多小分子阻燃剂,有可能成为今后的更新换代产品。
¾消烟技术[4]。
在火灾中,聚合物燃烧产生的窒息性烟雾是非常严重的大气污染,也给扑灭火灾带来极大困难,所以当代的阻燃是与抑烟相提并论的,如对PVC塑料制品、线缆等而言,抑烟比阻燃更为重要。
因此,除了阻燃剂的非卤化是减少发烟量的主要途径外,对PVC等含卤高聚物采用添加消烟剂是解决发烟的另一条措施。
二茂铁是常用的有机消烟剂,最适宜作为PVC的消烟剂;钼化物迄今被认为是最好的消烟剂。
4阻燃剂的研究方向从国际上总的发展趋向看,对阻燃产品的性能要求越来越严格,越来越全面,本文结合工业生产的实际需要,认为未来阻燃剂的研究方向主要有以下几点:¹研究本身无毒阻燃剂且能保持使用阻燃剂材料原有的各种优良性质,还具有某些特定的使用功能,如抗静电功能、屏蔽功能、导电性及耐热、耐辐射等;º要有综合平衡阻燃体系各组分的物理的、化学的、阻燃作用的、实际使用状态下的多方面性能;»精确表征阻燃剂各项性能的分析测试方法,有效地评价阻燃特性,以便获得最优化的配制方法;¼无机阻然剂因其价格低廉,将被更深入研究,以便在工业材料中使用;½由于阻燃材料与制品的性能要求将越来越高,为了得到更优化的综合性能,必须发挥它们之间的增益作用,必须对阻燃体系中各组份的相互作用进行研究,即对协同作用的效果进行研究。
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