阻燃劑的阻燃機理

發(fā)布時間：2020-11-09 11-09 16:15 作者：

1、鹵系阻燃劑

鹵系阻燃劑包括溴系和氯系阻燃劑。鹵系阻燃劑是目前世界上產(chǎn)量最大的有機阻燃劑之一。在鹵系阻燃劑中大部分是溴系阻燃劑。工業(yè)生產(chǎn)的溴系阻燃劑可分為添加型、反應(yīng)型及高聚物型三大類，而且品種繁多。國內(nèi)外市場上現(xiàn)有20種以上的添加型溴系阻燃劑，10種以上的高分子型溴系阻燃劑，20種以上的反應(yīng)型溴系阻燃劑。添加型的阻燃劑主要有十溴二苯醚(DBDPO).四溴雙酚A雙(2,3一二烷丙基)醚(TBAB)、八溴二苯醚(OBDPO)等;反應(yīng)型阻燃劑主要有四溴雙酚A (TBBPA), 2, 4, 6-三溴苯酚等;高分子型阻燃劑主要有溴化聚苯乙烯、溴化環(huán)氧、四溴雙酚A碳酸酯齊聚物等。溴系阻燃劑之所以受到青睞，其主要原因是它的阻燃效率高，而且價格適中。

由于C-Br鍵的鍵能較低，大部分溴系阻燃劑的分解溫度在200℃ -300℃，此溫度范圍正好也是常用聚合物的分解溫度范圍。所以在高聚物分解時，溴系阻燃劑也開始分解，并能捕捉高分子材料分解時的自由基，從而延緩或抑制然燒鏈的反應(yīng)，同時釋放出的HBr本身是一種難燃氣體，可以覆蓋在材料的表面，起到阻隔與稀釋氧氣濃度的作用。這類阻燃劑無不例外的與銻系(三氧化二銻或五氧化二銻)復(fù)配使用，通過協(xié)同效應(yīng)使阻燃效果得到明顯提高。

鹵系阻燃劑主要在氣相中發(fā)揮阻燃作用。因為鹵化物分解產(chǎn)生的鹵化氫氣體，是不燃性氣體，有稀釋效應(yīng)。它的比重較大，形成一層氣膜，覆蓋在高分子材料固相表面，可隔絕空氣和熱，起覆蓋效應(yīng)。更為重要的是，鹵化氫能抑制高分子材料燃燒的連鎖反應(yīng)，起清除自由基的作用。以溴化物為例，其抑制自由基連鎖反應(yīng)的機理如下:

含溴阻燃劑 → Br·

Br·+RH→R·+HBr

HO·+HBr=H2O +Br·

高分子材料中加入的含溴阻燃劑，遇火受熱發(fā)生分解反應(yīng)，生成自由基Br·,它又與高分子材料反應(yīng)生成溴化氫，溴化氫與活性很強的OH·自由基反應(yīng)，一方面使得Br再生，一方面使得OH·自由基的濃度減少，使燃燒的連鎖反應(yīng)受到抑制，燃燒速度減慢，直至熄滅。

但是當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，由于這些材料的分解和燃燒產(chǎn)生大量的煙塵和有毒腐蝕性氣體造成“二次災(zāi)害”，且燃燒產(chǎn)物(鹵化物)具有很長的大氣壽命，一旦進入大氣很難去除，嚴(yán)重地污染了大氣環(huán)境，破壞臭氧層。另外，多溴二苯醚阻燃的高分子材料的燃燒及裂解產(chǎn)物中含有有毒的多溴代二苯并二惡烷(PBDD)及多溴代二苯并呋喃(PBDF)。 1994年9月，美國環(huán)境保護局評價證明了這些物質(zhì)對人和動物是致毒物質(zhì)。

2、磷及磷化合物的阻燃機理

磷及磷化合物很早就被用作阻燃劑使用，對它的阻燃機理研究得也較早，起初發(fā)現(xiàn)使用含磷阻燃劑的材料燃燒時會生成很多焦炭，并減少了可燃性揮發(fā)性物質(zhì)的生產(chǎn)量，燃燒時阻燃材料的熱失重大大降低，但阻燃材料燃燒時的煙密度比未阻燃時增加。根據(jù)上面的事實提出了一些阻燃機理。從磷化合物在不同反應(yīng)區(qū)內(nèi)所起阻燃作用可分為凝聚相中阻燃機理和蒸汽相中阻燃機理，有機磷系阻燃劑在凝聚相中發(fā)揮阻燃作用，其阻燃機理如下：

在燃燒時，磷化合物分解生成磷酸的非燃性液態(tài)膜，其沸點可達300℃。同時，磷酸又進一步脫水生成偏磷酸，偏磷酸進一步聚合生成聚偏磷酸。在這個過程中，不僅由磷酸生成的覆蓋層起到覆蓋效應(yīng)，而且由于生成的聚偏磷酸是強酸，是很強的脫水劑，使聚合物脫水而炭化，改變了聚合物燃燒過程的模式并在其表面形成碳膜以隔絕空氣，從而發(fā)揮更強的阻燃效果。

磷系阻燃劑的阻燃作用主要體現(xiàn)在火災(zāi)初期的高聚物分解階段，因其能促進聚合物脫水發(fā)化，從而減少聚合物因熱分解而產(chǎn)生的可燃性氣體的數(shù)量，并且所生成的碳膜還能隔絕外界空氣和熱。通常，磷系阻燃劑對含氧聚合物的作用效果最佳，主要被用在含羥基的纖維素、聚氨酯、聚酯等聚合物中。對于不含氧的烴類聚合物，磷系阻燃劑的作用效果就比較小。

含磷阻燃劑也是一種自由基捕獲劑，利用質(zhì)譜技術(shù)發(fā)現(xiàn)，任何含磷化合物在聚合物燃燒時都有PO·形成。它可以與火焰區(qū)域中的氫原子結(jié)合，起到抑制火焰的作用。另外，磷 系阻燃劑在阻燃過程中產(chǎn)生的水分，一方面可以降低凝聚相的溫度，另一方面可以稀釋氣相中可燃物的濃度，從而更好地起到阻燃作用。

3、無機阻燃劑的阻燃機理

無機阻燃劑包括氫氧化鋁、氫氧化鎂、膨脹石墨、硼酸鹽、草酸鋁和硫化鋅為基的阻燃劑。氫氧化鋁和氫氧化鎂是無機阻然劑的主要品種，它具有無毒性和低煙等特點它們由于受熱分解吸收大量燃燒區(qū)的熱量，使燃燒區(qū)的溫度降低到燃燒臨界溫度以下燃燒自熄:分解后生成的金屬氧化物多數(shù)熔點高、熱穩(wěn)定性好、覆蓋于燃燒固相表面阻擋熱傳導(dǎo)和熱輻射，從而起到阻燃作用。同時分解產(chǎn)生大量的水蒸氣，可稀釋可燃氣體，也起到阻燃作用。

水合氧化鋁有熱穩(wěn)定性好，在300℃下加熱2h可轉(zhuǎn)變?yōu)锳lO(OH)，與火焰接觸后不會產(chǎn)生有害的氣體，并能中和聚合物熱解時釋放出的酸性氣體，發(fā)煙量少，價格便宜等優(yōu)點，因而它成為無機阻燃劑中的重要品種。水合氧化鋁受熱釋放出化學(xué)上結(jié)合的水，吸收燃燒熱量，降低燃燒溫度。在發(fā)揮阻燃作用時，主要是兩個結(jié)晶水起作用，另外，失水產(chǎn)物為活性氧化鋁，能促進一些聚合物在燃燒時稠環(huán)炭化，因此具有凝聚相阻燃作用。從該機理可知使用水合氧化鋁作阻燃劑，添加量應(yīng)較大。

鎂元素阻燃劑主要品種為氫氧化鎂，是近幾年來國內(nèi)外正在開發(fā)的一種阻燃劑，它在340℃左右開始進行吸熱分解反應(yīng)生成氧化鎂，在423℃下失重達最大值，490℃下分解反應(yīng)終止。從量熱法得知，其反應(yīng)吸收大量熱能(44.8KJ/mol) ，生成的水也吸收大量熱能，降低溫度，達到阻燃。氫氧化鎂的熱穩(wěn)定性和抑煙能力都比水合氧化鋁好，但由于氫氧化鎂的表面極性大，與有機物相容性差，所以需要經(jīng)過表面處理后才能作為有效的阻燃劑。另外，它的熱分解溫度偏高，適宜熱固性材料等分解溫度較高的聚合物的阻燃。

在高溫下，可膨脹石墨中的嵌入層受熱易分解，產(chǎn)生的氣體使石墨的層間距迅速擴大到原來的幾十倍至幾百倍。當(dāng)可膨脹石墨與高聚物混合時，在火焰的作用下，可在高聚物表面生成堅韌的炭層，從而起到阻燃作用。硼酸鹽阻燃劑有硼砂、硼酸和硼酸鋅。目前主要使用的是硼酸鋅。硼酸鋅在300℃開始釋放出結(jié)晶水，在鹵素化合物的作用下，生成鹵化硼、鹵化鋅，抑制和捕獲游離的羥基，阻止燃燒連鎖反應(yīng);同時形成固相覆蓋層，隔絕周圍的氧氣，阻止火焰繼續(xù)燃燒并具有抑煙作用。硼酸鋅可以單獨使用，也可與其它阻燃劑復(fù)配使用。目前，主要產(chǎn)品有細粒硼酸鋅、耐熱硼酸鋅、無水硼酸鋅和高水硼酸鋅。

草酸鋁是氫氧化鋁衍生的結(jié)晶狀物，堿含量低。含有草酸鋁的高聚物燃燒時，放出H20, CO及CO2，而不生成腐蝕性氣體，草酸鋁還能降低煙密度和生煙速度。由于草酸鋁的堿含量低，所以用其阻燃的電線、電纜的包覆料時，不影響材料的電氣性能?，F(xiàn)在已開發(fā)的5種以硫化鋅為基的阻燃劑，其中4種用于硬質(zhì)PVC，另一種可用于軟質(zhì)PVC,聚烯徑和尼龍。這類阻燃劑可提高材料的抗老化性能，且與玻纖有好的相容性和提高聚烯烴的熱穩(wěn)定性。

4.混合使用的協(xié)同阻燃機理

含鹵阻燃劑與含磷阻燃劑配合使用能產(chǎn)生顯著的協(xié)同效應(yīng)。對于鹵-磷阻燃協(xié)同效應(yīng)，人們提出鹵-磷配合使用能互相促進分解，并形成比單獨使用具有更強阻燃效果的鹵-磷化合物及其轉(zhuǎn)化物PBr3、 PBr·、POBr3等。用裂解氣相色譜、差熱分析、差示掃描量熱分析、氧指數(shù)測定、阻燃劑程序升溫觀察等方法對鹵一磷協(xié)同效應(yīng)進行的研究表明，鹵-磷配合使用時阻燃劑的分解溫度比單獨使用時略低，且分解非常劇烈，燃燒區(qū)的氯磷化合物及其水解產(chǎn)物形成的煙氣云團能較長時間逗留在燃燒區(qū)，形成強大的氣相隔離層。

關(guān)于磷-氮相互作用機理研究得不夠完善，一般認(rèn)為用氮化物(如尿、氰胺、胍、雙氰胺、羥甲基三聚氰胺等)能促進磷酸與纖維素的磷?；磻?yīng)。形成的磷酸胺更易于纖維素發(fā)生成酯反應(yīng)，這種酯的熱穩(wěn)定性較磷酸酯的熱穩(wěn)定性好。磷-氮阻燃體系能促使糖類在較低溫度下分解形成焦炭和水，并增加焦炭殘留物生產(chǎn)量，從而提高阻燃效果。磷化物和氮化物在高溫下形成膨脹性焦炭層，它起著隔熱阻氧保護層的作用，含氮化合物起著發(fā)泡劑和焦炭增強劑的作用?；驹胤治龅弥瑲埩粑镏泻?、磷、氧三種元素，它們在火焰溫度下形成熱穩(wěn)定性的無定形物，猶如玻璃體，作為纖維素的一個絕熱保護層。

5、膨脹體系的阻燃機理

膨脹型阻燃體系主要成分可分為酸源、碳源、氣源三個部分。酸源一般為無機酸或加熱至100^-250℃時生成無機酸的化合物，如磷酸、硫酸、硼酸、各種磷酸銨鹽、磷酸酯和硼酸鹽等;碳源(成炭劑)是形成泡沫炭化層的基礎(chǔ)，一般為富碳的多羥基化合物，如淀粉、季戊四醇和它的二聚物、三聚物以及含有輕基的有機樹脂等;氣源(發(fā)泡源)多為胺或酰胺類化合物，如三聚氰胺、雙氰胺、聚磷酸胺等。

膨脹體系成炭的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響因素眾多。聚合物主體的化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理特性、膨脹阻燃劑的組成、燃燒和裂解時的條件(如溫度和氧含量)、交聯(lián)的反應(yīng)速率等等諸多因素都會對膨脹成炭的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。而膨脹炭層的熱保護效應(yīng)不僅取決于焦炭產(chǎn)量、炭層高度、炭層結(jié)構(gòu)、保護炭層的熱穩(wěn)定性，也取決于炭層的化學(xué)結(jié)構(gòu)，尤其是環(huán)狀結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)增加了熱穩(wěn)定性，此外還有化學(xué)鍵的強度以及交聯(lián)鍵的數(shù)量。

普遍認(rèn)為膨脹體系的阻燃機理為凝聚相阻燃，首先聚磷酸胺受熱分解，生成具有強脫水作用的磷酸和焦磷酸，使季戊四醇酯化，進而脫水炭化，反應(yīng)形成的水蒸汽及三聚氰胺分解的氨氣使炭層膨脹，最終形成一層多微孔的炭層，從而隔絕空氣和熱傳導(dǎo)，保護聚合物主體，達到阻燃目的。

膨脹型阻燃劑添加到聚合物材料中，必須具備以下性質(zhì):熱穩(wěn)定性好，能經(jīng)受聚合物加工過程中200℃以上的高溫;由于熱降解要釋放出大量揮發(fā)性物質(zhì)，并形成殘渣，因而該過程不應(yīng)對膨脹發(fā)泡過程產(chǎn)生不良影響;該類阻燃劑系均勻分布在聚合物中，在材料燃燒時能形成一層完全覆蓋在材料表面的膨脹炭質(zhì);阻燃劑必須與被阻燃高聚物有良好的相容性，不能與高聚物和添加劑發(fā)生不良作用，不能過多惡化材料的物理、機械性能。膨脹型阻燃劑優(yōu)于一般的阻燃劑之處在于無鹵、無氧化銻:低煙、少毒、無腐蝕性氣體；膨脹阻燃劑生成的炭層可以吸附熔融著火的聚合物，防止其滴落傳播火災(zāi)。

康阜新材料PP阻燃劑產(chǎn)品簡介

PP阻燃劑 KF-500A是一款新型氮、磷、溴協(xié)效的聚丙烯低鹵低氣味環(huán)保阻燃劑。與傳統(tǒng)溴系阻燃劑相比，KF-500A的添加量少，不需要添加Sb2O3，溴含量低，阻燃劑不析出，氣味低。KF-500A的阻燃制品可達到UL 94 V-2（1.6mm）級別。此外，阻燃制品還具有密度小、發(fā)煙量低、模具腐蝕性小等特點，主要用于制造電器插座、電器骨架、汽車接插件等產(chǎn)品。

康阜新材料PP阻燃劑產(chǎn)品優(yōu)點

1、KF-500A用于共聚PP中，最低添加量1.5%即可達到UL 94 V-2阻燃級別。

2、KF-500A用于PP中，無需添加Sb2O3，且阻燃劑不析出。

3、KF-500A用于PP中，阻燃制品的溴含量＜900PPm，能夠滿足制品無鹵要求。

4、可提供較寬的加工溫度范圍，擠出造粒時可添加篩網(wǎng)。

關(guān)鍵詞

PP阻燃劑 | PP無鹵阻燃劑 | PP環(huán)保阻燃劑 | PP阻燃母粒 | 聚丙烯阻燃劑 | 聚丙烯阻燃母粒

關(guān)于我們

佛山康阜新材料有限公司位于佛山市順德區(qū)，是一家專注阻燃產(chǎn)品研發(fā)、配方設(shè)計、生產(chǎn)制造、技術(shù)服務(wù)及銷售于一體的高科技企業(yè)。公司以磷系阻燃劑、氮系阻燃劑、氫氧化鎂系阻燃劑、阻燃改性塑料為主，主營產(chǎn)品涵蓋PP阻燃劑、PP無鹵阻燃劑、PP環(huán)保阻燃劑、PP阻燃母粒、電瓶車阻燃劑、PA/PBT無鹵阻燃劑、TPE/TPU阻燃劑、XLPE電線線纜料阻燃劑、防火涂料阻燃劑、無紡布織物表面涂層阻燃劑、大分子成碳劑等系列產(chǎn)品。公司擁有先進的研發(fā)實驗室、設(shè)備齊全檢測實驗室、綜合應(yīng)用實驗室和轉(zhuǎn)化中車平臺，形成了實驗-中試-產(chǎn)業(yè)-實驗的閉環(huán)式研發(fā)體系，為產(chǎn)品的過硬品質(zhì)提供了全方面的有效保障。公司所有的產(chǎn)品符合均符合相關(guān)阻燃標(biāo)準(zhǔn)和RoHS、REACH等法規(guī)并有相關(guān)的第三方SGS檢測報告。

聯(lián)系方式

聯(lián)系人：楊經(jīng)理，電話：13750179814

本文鏈接： http://hangukcs.com/xwzx/a_469.html，轉(zhuǎn)載請注明來自：佛山康阜新材料

上一篇文章 返回首頁 打印 返回上頁 下一篇文章