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阻燃劑概念、分類、機(jī)理
一． 概念
阻燃劑是一類能阻止聚合物材料引燃或抑制火焰繼續(xù)蔓延的添加劑。最常用和最重要的阻燃劑是磷、溴、氯、氮系阻燃劑、磷－鹵系阻燃劑、磷－氮系阻燃劑、銻和鋁等化合物。見(jiàn)如下：
（1）溴系阻燃劑 含溴阻燃劑是目前用的最廣泛的阻燃劑之一，包括脂肪族、脂環(huán)族、芳香族及芳香-脂肪族的含溴化合物，這類阻燃劑阻燃效率高，其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 氯系阻燃劑由于其價(jià)格便宜，目前仍是大量使用的阻燃劑。氯含量最高的氯化石蠟是工業(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)定性較高，常用作不飽和樹(shù)脂的阻燃劑。其機(jī)理在熱解過(guò)程中，分解出捕獲傳遞燃燒自由基的X.及HX，HX能稀釋可燃物裂解時(shí)產(chǎn)生的可燃?xì)怏w，隔斷可燃?xì)怏w與空氣的接觸。
（3）磷系阻燃劑，有機(jī)磷化物是添加型阻燃劑，該類阻燃劑機(jī)理燃燒過(guò)程中產(chǎn)生了偏磷酸可形成穩(wěn)定的多聚體，促使可燃物脫水炭化，阻止或減少可燃?xì)怏w產(chǎn)生。偏磷酸在熱解時(shí)還形成了類似玻璃狀的熔融物覆蓋在可燃物表面，促使其氧化生成二氧化碳，起到阻燃作用，該類阻燃劑主要有磷（膦）酸酯和含鹵磷酸酯及鹵化磷等，如TPP、BDP、RDP、RDXP、CEPPA、DMMP、TCPP、TCEP等，廣泛地用于環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、ABS等。
（4）在氮系阻燃劑中，氮的化合物和可燃物作用，促進(jìn)交鏈成炭，降低可燃物的分解溫度，產(chǎn)生的不燃?xì)怏w，起到稀釋可燃?xì)怏w的作用。
（5）無(wú)機(jī)阻燃劑 無(wú)機(jī)阻燃劑是根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)習(xí)慣分出的一類阻燃劑，包括氧化銻、氫氧化鋁、氫氧化鎂及硼酸鋅等。
(6) 磷－鹵系阻燃劑、磷－氮系阻燃劑主要是通過(guò)磷－鹵、磷－氮協(xié)同效應(yīng)作用達(dá)到阻燃目的，具有磷－鹵、磷－氮的雙重效應(yīng)，阻燃效果比較好。
阻燃劑也可以這樣分類：無(wú)機(jī)阻燃劑和有機(jī)阻燃劑二大類
1）有機(jī)是以溴系、氮系和紅磷及含磷化合物為代表的一些阻燃劑；
2）無(wú)機(jī)主要是磺酸鹽系列，次磷酸鹽類、三氧化二銻、氫氧化鎂、氫氧化鋁、硼酸鋅、硅系等阻燃體系。
阻燃劑從有無(wú)含鹵簇元素角度來(lái)分類：有鹵阻燃劑和無(wú)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、溴代三嗪、BC52/BC58等。
2)無(wú)鹵阻燃劑如PC專用無(wú)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等
二． 阻燃機(jī)理系統(tǒng)介紹
阻燃劑是通過(guò)若干機(jī)理發(fā)揮其阻燃作用的，如吸熱作用、覆蓋作用、抑制鏈反應(yīng)、不燃?xì)怏w的窒息作用等。多數(shù)阻燃劑是通過(guò)若干機(jī)理共同作用達(dá)到阻燃目的。
1、 吸熱作用
任何燃燒在較短的時(shí)間所放出的熱量是有限的，如果能在較短的時(shí)間吸收火源所放出的一部分熱量，那么火焰溫度就會(huì)降低，輻射到燃燒表面和作用于將已經(jīng)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)生了強(qiáng)烈的吸熱反應(yīng)，吸收燃燒放出的部分熱量，降低可燃物表面的溫度,有效地抑制可燃性氣體的生成，阻止燃燒的蔓延。
Al(OH)3阻燃劑的阻燃機(jī)理就是通過(guò)提高聚合物的熱容，使其在達(dá)到熱分解溫度前吸收更多的熱量，從而提高其阻燃性能。這類阻燃劑充分發(fā)揮其結(jié)合水蒸汽時(shí)大量吸熱的特性，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，阻燃劑在高溫下能形成玻璃狀或穩(wěn)定泡沫覆蓋層，隔絕氧氣，具有隔熱、隔氧、阻止可燃?xì)怏w向外逸出的作用，從而達(dá)到阻燃目的。如有機(jī)阻磷類阻燃劑受熱時(shí)能產(chǎn)生結(jié)構(gòu)更趨穩(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阻止聚合物進(jìn)一步熱解，另一方面能阻止其內(nèi)部的熱分解產(chǎn)生物進(jìn)入氣相參與燃燒過(guò)程。
3、 抑制鏈反應(yīng)
根據(jù)燃燒的鏈反應(yīng)理論，維持燃燒所需的是自由基。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，從而阻止火焰的傳播，使燃燒區(qū)的火焰密度下降，最終使燃燒反應(yīng)速度下降直至終止。如含鹵阻燃劑，它的蒸發(fā)溫度和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)出來(lái)。此時(shí)含鹵阻燃劑與熱分解產(chǎn)物同時(shí)處于氣相燃燒區(qū)，鹵素便能夠捕捉燃燒反應(yīng)中的自由基，從而阻止火焰的傳播，使燃燒區(qū)的火焰密度下降，最終使燃燒反應(yīng)速度下降直至終止。
4、 不燃?xì)怏w窒息作用
阻燃劑受熱時(shí)分解出不燃?xì)怏w，將可燃物分解出來(lái)的可燃?xì)怏w的濃度沖淡到燃燒下限以下。同時(shí)也對(duì)燃燒區(qū)內(nèi)的氧濃度具有稀釋的作用，阻止燃燒的繼續(xù)進(jìn)行，達(dá)到阻燃的作用。
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