常见阻燃剂的阻燃机理.docx

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1、常见阻燃剂的阻燃机理目录1 .前言12 .阻燃剂的作用12.1. 吸热作用12.2. 覆盖作用22.3. 抑制链反应22.4. 不燃气体窒息作用23 .常见的阻燃剂阻燃机理23.1. 无机阻燃剂23.2. 卤系阻燃剂23.3. 经过处理的A1(OH)3阻燃剂33.4. 氢氧化镁阻燃剂33.5. 石膏板阻燃43.6. 磷系阻燃剂53.7. 硅系阻燃剂51 .前言阻燃剂是赋予易燃聚合物难燃性的功能性助剂，主要针对高分子材料的阻燃设计而成，通过若干机理发挥其阻燃作用，如吸热、覆盖、抑制链反应、不燃气体窒息作用等。多数阻燃剂是通过若干机理共同作用达到阻燃目的。今天与大家一起了解一下阻燃剂的作用和阻燃机

2、理。2 .阻燃剂的作用2.1. 吸热作用任何燃烧在较短的时间所放出的热量是有限的，如果能在较短的时间吸收火源所放出的一部分热量，那么火焰温度就会降低，辐射到可燃物表面和作用于将已经气化的可燃分子裂解成自由基的热量就会减少，燃烧反应就会得到一定程度的抑制。在高温条件下，阻燃剂发生了强烈的吸热反应，吸收燃烧放出的部分热量，降低可燃物表面的温度，有效地抑制可燃性气体的生成，阻止燃烧的蔓延。A1(OH)3阻燃剂的阻燃机理就是通过提高聚合物的热容，使其在达到热分解温度前吸收更多的热量，从而提高其阻燃性能。这类阻燃剂充分发挥其结合水蒸气时大量吸热的特性，提高其自身的阻燃能力。22覆盖作用在可燃材料中加入阻

3、燃剂后，阻燃剂在高温下能形成玻璃状或稳定泡沫覆盖层，隔绝氧气，具有隔热、隔氧、阻止可燃气体向外逸出的作用，从而达到阻燃目的。如有机磷类阻燃剂受热时能产生结构更趋稳定的交联状固体物质或炭化层。炭化层的形成一方面能阻止聚合物进一步热解，另一方面能阻止其内部的热分解生成物进入气相参与燃烧过程。2.3. 抑制链反应根据燃烧的链反应理论，维持燃烧所需的是自由基。阻燃剂可作用于气相燃烧区，捕捉燃烧反应中的自由基，从而阻止火焰的传播，使燃烧区的火焰密度下降，最终使燃烧反应速度下降直至终止。如含卤阻燃剂，它的蒸发温度和聚合物分解温度相同或相近，当聚合物受热分解时，阻燃剂也同时挥发出来。此时含卤阻燃剂与热分解产

4、物同时处于气相燃烧区，卤素便能够捕捉燃烧反应中的自由基,干扰燃烧的链反应进行。2.4. 不燃气体窒息作用阻燃剂受热时分解出不燃气体，将可燃物分解出来的可燃气体的浓度冲淡到燃烧下限以下。同时也对燃烧区内的氧浓度具有稀释的作用，阻止燃烧的继续进行，达到阻燃的作用。绝大多数聚合物都是由碳氢等元素组成，属于高度易燃物，在燃烧过程中是一个复杂的自由基连锁反应过程，会释放大量热能，造成直接损害的同时，还能迅速增加火势。3 .常见的阻燃剂阻燃机理3.1. 无机阻燃剂无机阻燃剂主要品种有氢氧化铝、氢氧化镁、红磷、氧化锌、氧化锡、氧化铝、铝酸钱、硼酸锌等，其中以氢氧化铝和氢氧化镁因分解吸热量大，并产生H2。可起

5、到隔绝空气作用，其分解后氧化物乂是耐高温物质，故二种阻燃剂不仅可起到阻燃作用，而且可以起到填充作用，它所具有不产生腐蚀性卤气及有害气体、不挥发、效果持久、无毒、无烟、不滴等特点。无机阻燃剂的阻燃作用主要是使用大比容填料的蓄热和导热性质，使得材料不易达到分解温度,或者通过阻燃剂受热分解吸热，从而缓解或者终止主体材料的升温过程。其阻燃机理是在受热时释放出结晶水，蒸发，分解并放出水蒸气。这个反应过程需要吸收大量的燃烧热能，从而大幅降级材料的表面温度，使得高分子材料的热分解和燃烧的概率大幅降低。3.2. 卤系阻燃剂卤系阻燃剂是目前世界上产量最大的有机阻燃剂之一，应用较多的卤系阻燃剂是含溟和含氯型阻燃剂

6、。卤系阻燃剂大多数为有机物，和主体聚合物材料具有良好的相容性，作为阻燃添加剂的卤系阻燃剂不会对聚合物材料本身的物理化学性质造成本质影响，另外，卤系阻燃剂可以满足其添加量很少,但是可以达到极其优异的阻燃效果。含澳的卤系阻燃剂包括脂肪族、脂环族、芳香族等含浪化合物，常见的有十溪二苯酸、十溟二苯乙烷以及四溪双酚A等，含氯阻燃剂主要为氯化石蜡。浪系和氯系的阻燃机理相似：高温下，卤系阻燃剂中的碳卤键可以断开，释放出卤素自由基并有效捕捉聚合物材料因受热降解产生的游离活性自由基，可以有效降低自由基的浓度，从而缓解或者终止燃烧的自由基链式反应。另外，卤系阻燃剂分解释放出的卤化氢具有不易燃烧的性质，有效阻隔氧气

7、，同时抑制燃烧反应的进行。然而，一旦添加了卤系阻燃剂的高分子材料燃烧，必定会产生大量的卤化氢气体，这类气体具有毒性、和腐蚀性，同时也极易吸附空气中的水分形成强腐蚀性的氢卤酸，并伴随着大量的烟雾，这些烟雾、有毒气体和腐蚀性气体会危害人类健康，同时也给灭火、逃离和恢复工作带来极大的障碍。3.3. 经过处理的A1(OH)3阻燃剂氢氧化铝也称之为三水合氧化铝(ATH)3,分子式为A1(OH)3,是出现时间最早的无机阻燃剂之一，其可以和多种物质产生协同作用，并且无毒无腐蚀性。目前氢氧化铝阻燃剂的使用占无机阻燃剂总量的80%以上，被广泛运用于各种聚合物塑料产品中。在聚合物材料中添加氢氧化铝后，可以降低可燃

8、聚合物浓度。当聚合物材料受热时(250C左右卜，氢氧化铝发生脱水反应，并吸收大量热能，有效抑制聚合物材料升温。同时分解产生的水蒸气能够稀释燃烧产生的可燃性气体以及氧气浓度，抑制了燃烧的持续蔓延。同时分解产生的另一种金属氧化物三氧化二铝(52。3)3因具备较高的催化活性，可以催化聚合物热交联反应，从而在聚合物表面形成一层致密的碳化膜，这层膜可以有效减缓燃烧时的传热作用，从而起到阻燃作用。氧化铝还能吸附颗粒，起到抑制烟尘的作用。一般情况下，氢氧化铝的添加含量越高，其阻燃效果越好，但是过多的填充量会大幅降低聚合物材料的强度等性能。氢氧化铝也存在另一个不足之处，就是分解温度较低，在245320 c之间

9、就可以发生脱水反应，因此添加阻燃剂氢氧化铝也限制了聚合物材料的加工温度。3.4. 氢氧化镁阻燃剂氢氧化镁是一种新型填充型阻燃剂，通过受热分解时释放出结合水，吸收大量的潜热，来降低它所填充的合成材料在火焰中的表面温度，具有抑制聚合物分解和对所产生的可燃气体进行冷却的作用。分解生成的氧化镁又是良好的耐火材料，也能帮助提高合成材料的抗火性能，同时它放出的水蒸气也可作为一种抑烟剂。氢氧化镁是公认的橡塑行业中具有阻燃、抑烟、填充三重功能的优秀阻燃剂。广泛应用于橡胶、化工、建材、塑料及电子、不饱和聚酯和油漆、涂料等高分子材料中。特别是对矿用导风筒涂覆布、PVC整芯运输带、阻燃铝塑板、阻燃篷布、PVC电线电

10、缆料、矿用电缆护套、电缆附件的阻燃、消烟抗静电，可代替氢氧化铝，具有优良的阻燃效果。氢氧化镁与同类无机阻燃剂相比，具有更好的抑烟效果。氢氧化镁在生产、使用和废弃过程中均无有害物质排放，而且还能中和燃烧过程中产生的酸性与腐蚀性气体。单独使用时，用量一般在40%60%。氢氧化镁是一种应用前景好的高聚物基复合材料的无机阻燃填料。与氢氧化铝一样，氢氧化镁阻燃剂是依靠受热时化学分解吸热和释放出水而起到阻燃作用的，因此具有无毒、低烟及分解后生成的氧化镁化学性质稳定，不产生二次污染等优点。但是，与含卤有机阻燃剂相比，要达到相当的阻燃效果，填充量一般要达到50%以上。由于氢氧化镁为无机物，表面与高聚物基料的相

11、容性较差，如此高的填充量，如果不对其进行表面改性处理，填充到高聚物材料中后，将导致复合材料的力学性能下降。因此，必须对其进行表面改性处理，以改善其与高聚物基料的相容性，使填充材料的力学性能不下降，甚至使材料的部分力学性能有所提高。实验证明，未经改性的氢氧化镁在PP中以团聚体的形式存在，虽然粉体本身极细，但由于颗粒表面与PP基体不相容，颗粒团聚体与PP基体之间存在明显的界限甚至空洞。因脆断时氢氧化镁颗粒逃逸后形成的空洞，说明未改性的氢氧化镁在PP中只是起到一个填充阻燃的作用，而不与PP发生化学键合。经过表面改性的氢氧化镁在PP基体中分散均匀，颗粒大都以原级颗粒或小团聚颗粒的形式分散存在于材料中。

12、氢氧化镁在受热时(340.490)我生分解吸收燃烧物表面热量到阻燃作用；同时释放出大量水分稀释燃物表面的氧气，分解生成的活性氧化镁附着于可燃物表面又进一步阻止了燃烧的进行。氢氧化镁在整个阻燃过程中不但没有任何有害物质产生，而且其分解的产物在阻燃的同时还能够大量吸收橡胶、塑料等高分子燃烧所产生的有害气体和烟雾，活性氧化镁不断吸收未完全燃烧的熔化残留物，从使燃烧很快停止的同时消除烟雾、阻止熔滴，是一种新兴的环保型无机阻燃剂。分类阻燃剂按化学成份可以分为有机阻燃剂和无机阻燃两大类。有机阻燃剂又分为磷系和卤系两个系列。由于有机阻燃剂存在着分解产物毒性大、烟雾大等缺点，正逐步被无机阻燃剂所替代。3.5.

13、 石膏板阻燃石膏板的主要材料是石膏，而石膏受热时要释放化合水其耐火极限可达2h以上。石膏芯本身不燃，且遇火时在释放化合水的过程中会吸收大量的热，延迟周围环境温度的升高，因此，纸面石膏板具有良好的防火阻燃性能。石膏板是以建筑石膏为主要原料制成的一种材料。它是一种重量轻、强度较高、厚度较薄、加工方便以及隔音绝热和防火等性能较好的建筑材料，是当前着重发展的新型轻质板材之一。石膏板已广泛用于住宅、办公楼、商店、旅馆和工业厂房等各种建筑物的内隔墙、墙体覆面板(代替墙面抹灰层卜、天花板、吸音板、地面基层板和各种装饰板等，用于室内的不宜安装在浴室或者厨房。扩展资料：中国的石膏板有：纸面石膏板、纤维石膏板和空

14、心石膏条板三种：1、纸面石膏板是以石膏为芯材，两面覆纸增强而制成的轻质薄板；2、纤维石膏板是以石膏为胶凝材料，用各种有机或无机纤维（如纸纤维、草木纤维、玻璃纤维等）3作为增强材料而制成的轻质薄板，厚为812毫米，重为79公斤/米；3、空心石膏条板，也是以石膏为胶凝材料，掺合各种轻质材料或增强纤维（如膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、玻璃纤维等卜制成的空心隔墙板，厚60100毫米，墙重4060公斤/米。纸面和纤维石膏薄板需要用钢、木、石膏龙骨为骨架组成隔墙。空心石膏条板因其本身具有一定刚度，不需骨架就可组成隔墙。石膏板材便于切割加工，但也容易损坏，因此在运输及安装过程中需要专用机具。施工安装时，为保证拼缝不

15、致开裂，应注意板缝位置安排，拼缝处须用专用胶结材料妥善处理。36磷系阻燃剂根据磷系阻燃剂的性质和组成，可以分成无机磷系阻燃剂和有机磷系阻燃剂。其中无机磷系阻燃剂包括红磷、磷酸镂盐和聚磷酸镂等，有机磷系阻燃剂包括磷酸酯、亚磷酸酯等。磷系阻燃剂同样也是一类高效、稳定、使用非常广泛的阻燃剂，其阻燃机理主要为形成隔离膜来达到阻燃效果。隔离膜的形成有两种不同的方法：（1）十寸于含氧聚合物的阻燃作用：利用阻燃剂的热降解产物促使聚合物表面快速脱水炭化，进而形成炭化层。由于单质碳不进行产生火焰的蒸发燃烧和分解燃烧，因此起到阻燃效果。含磷化合物热分解得到的最终产物是聚偏磷酸，而这是一种强脱水剂（2卜磷系阻燃剂在燃烧温度下分解成不易挥发的玻璃状物质，它能包裹在聚合物表面，这种致密的保护层起到隔离层的作用。有机磷系阻燃剂发挥作用的阶段主要在于高分子材料分解阶段的火灾初期。它能促进高分子材料脱水炭化，从而使高分子材料不能产生可燃性气体，并且由于不挥发性磷化合物起凝结剂的作用，使炭化物形成保护性炭膜，以隔绝外界的空气和热。3.7. 硅系阻燃剂硅系阻燃剂包括无机硅和有机硅，其中无机硅主要包括二氧化硅、硅