阻燃劑又稱難燃劑、耐火劑或防火劑,是能夠提高易燃或可燃物的難燃性、自熄性或消煙性的一種助劑,是重要的精細化工產品和合成材料的主要助劑之一。在航天航空、化學建材、交通運輸、室內裝飾等領域中得到了廣泛的應用,下面來分析下阻燃劑都有哪些種類。
阻燃劑種類繁多,一般分為有機阻燃劑和無機阻燃劑,最具代表性的阻燃劑是鹵系、磷系及氫氧化鋁、氫氧化鎂等。
1.鹵系阻燃劑是含有鹵素元素并以鹵素元素起阻燃作用的一類阻燃劑。鹵系阻燃劑(特別是溴系阻燃劑)的最大優點是阻燃效率高、用量少、相對成本較低。此外,溴系阻燃劑與材料的相容性較好,因而我國的阻燃劑仍以鹵系阻燃劑為主,主要包含氯系和溴系,占整個阻燃劑體系的80%以上。但是,鹵系阻燃劑在高溫、明火情況下會放出鹵化氫等具有腐蝕性的有毒氣體并伴有濃煙,阻燃劑發展趨勢則是在提高阻燃性能的同時,更加注重環保與生態安全,在這種背景下,一些傳統的溴系阻燃劑已受到日益嚴格的環保和阻燃法規的壓力,迫使用戶尋找溴系阻燃劑的代用品,同時也將促進新阻燃材料的問世。
2.磷系阻燃劑可分為無機磷系阻燃劑、磷系膨脹型阻燃劑和有機磷系阻燃劑三大類。無機磷系阻燃劑主要包括紅磷、磷酸鹽和聚磷酸銨等磷-銨阻燃劑。紅磷對多種高聚物都有很好的阻燃效果,紅磷作為阻燃劑能以較低的用量使大多數高聚物具有良好的阻燃性能,處理過程穩定,既可以在氣相中產生自由基阻燃,也可以在凝固相中形成炭層阻燃。
3.氫氧化鋁及氫氧化鎂阻燃劑是最常見的無機阻燃劑,具有無毒、穩定性好,高溫下不產生有毒氣體,還能減少塑料燃燒時的發煙量等優點,而且價格低廉,來源廣泛。氫氧化鋁的脫水吸熱溫度較低,約為235~350℃,因此在塑料剛開始燃燒時的阻燃效果顯著。氫氧化鎂阻燃劑在適量添加時,可顯著減緩PE、PP、PVC及ABS等的熱分解溫度,具有良好的阻燃及降低發煙量的效果。但是氫氧化鎂分解溫度較高,在340~490℃左右,吸熱量也較小,對抑制材料溫度上升的性能比氫氧化鋁差,對聚合物的炭化阻燃作用卻優于氫氧化鋁,因此兩者復合使用,互為補充,其阻燃效果比單獨使用更好。
4.三氧化二銻、膠體五氧化二銻和銻鈉是銻系阻燃劑的主要產品,其中廣泛應用的是三氧化二銻。它是一種典型的添加型無機阻燃劑,主要用于塑料制品和紡織織物的阻燃,亦可用作橡膠、木材的阻燃劑。其阻燃機理是三氧化二銻在燃燒期首先熔融,熔點為665℃,在材料表面形成保護膜隔絕空氣,通過內部吸熱反應降低燃燒溫度,在高溫狀態下三氧化二銻被氧化,稀釋了空氣中氧濃度,從而起到阻燃作用。
5.硼酸鋅在300℃開始釋放出結晶水,在鹵素化合物存在下,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;同時形成固相復蓋層,隔絕燃燒的表面空氣,阻止火焰繼續燃燒并能發揮消煙滅弧作用。硼酸鋅阻燃劑可以單獨使用,也可與有機鹵化物、三氧化二銻協同使用,則阻燃劑效果更好。
6.有機硅系阻燃劑既是一種新型無鹵阻燃劑,也是一種成碳型抑煙劑,目前已提供市場的有機硅系阻燃劑是美國通用公司生產的SFR-100,它是一種呈透明粘稠狀的硅酮聚合物,通常與一種或多種協同劑(硬脂酸鎂、聚磷酸銨與季戊四醇的混合物、氫氧化物等)并用。SFR-100可通過類似于互穿于聚合物網絡(IPN)部分交聯機理而結合到基材聚合物結構中,這種機理可大大限制硅添加劑的流動性,因而使它不致于遷移至被阻燃聚合物的表面。以SFR-100為主的添加系統還能改善聚烯烴表面的光滑性,但不改變其它表面性能。SFR-100已用于阻燃PE、PP等聚烯烴,只需低用量即可滿足一般阻燃要求,并能保持基材原有的性能,若提高用量,則可賦予基材特別優異的阻燃性和抑煙性,使這類阻燃材料能用于防火安全要求非常嚴格而前述阻燃體系又不能適用的場所。
7.可膨脹石墨是近年來出現的一種新型無鹵阻燃劑。它是由天然鱗片石墨經化學處理而成。
8.雙羥基金屬氧化物(LDHs)是一類陰離子型層狀結構材料,化學組成為M1-X2+MX3+(OH)2Ax/nn-?mH2O,M2+和M3+分別代表二價和三價金屬離子。
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