阻燃劑是一種能防止材料被引燃或抑制火焰傳播的助劑。針對燃燒反應和燃燒機理,阻燃劑大致有以下幾類阻燃機理:
阻燃機理:
①、凝聚相阻燃機理
②、自由基捕獲機理
③、冷卻機理
④、不燃性氣體機理
⑤、協同作用機理
阻燃是個十分復雜的過程,實際上很多阻燃體系是同時有多種阻燃機理在起作用。
①、凝聚相阻燃機理
高溫下阻燃劑在聚合物表面形成凝聚相,隔絕空氣、阻止熱傳遞、降低可燃性氣體釋放量,從而達到阻燃目的。
A、玻璃狀保護膜
阻燃劑在燃燒溫度下分解成為不揮發、不氧化的玻璃狀薄膜,覆蓋在材料的表面上,隔離空氣(或氧),從而達到阻燃的目的。硼系和磷系阻燃劑具有類似機理。
B、隔熱焦炭層
阻燃劑在燃燒溫度下使材料表面脫水炭化,形成一層多孔性隔熱焦炭層,從而阻止熱的傳導而起到阻燃作用。 如磷系阻燃劑對含氧聚合物的阻燃作用即是此機理。
②、自由基捕獲機理
在聚合物燃燒過程中,大量生產的游離基HO·和H·促進氣相燃燒反應。如能設法捕獲并消滅這些游離基,切斷自由基連鎖反應,即可控制燃燒,進而達到阻燃目的。
鹵素阻燃劑的阻燃機理就屬此類
③、冷卻機理
阻燃劑發生吸熱脫水、相變、分解或其他吸熱反應,降低聚合物表面和燃燒區域的溫度,防止熱降解,進而減少了可燃性氣體的揮發量,最終破壞維持聚合物持續燃燒的條件,達到阻燃目的。氫氧化鋁、氫氧化鎂頗具代表性。
產生的水被汽化,需要吸收大量的熱量,從而降低聚合物溫度,減緩和阻止燃燒。還可降低可燃性氣體的濃度。
④、不燃性氣體機理
這類阻燃劑能在受熱時分解出大量不燃性氣體,如:CO2、N2、NH3、H2O、HCl、HBr等,可以稀釋可燃性氣體和沖淡燃燒區氧的濃度,阻止燃燒發生。
這類阻燃劑的代表為含鹵阻燃劑和含氮阻燃劑。
有機鹵素化合物受熱后釋放出HX。HX是難燃氣體,不僅稀釋空氣中的氧,而且其相對密度比空氣大,可替代空氣形成保護層,使材料的燃燒速度減緩或熄滅。
⑤、協同作用機理
阻燃劑的復配是利用阻燃劑之間的相互作用,從而提高阻燃效能,稱為協同作用體系。常用的有:
A、銻—鹵體系
B、磷—鹵體系
C、磷—氮體系
A、銻—鹵體系
常用的銻為Sb2O3 (產生SbCl3氣體),鹵化物常用的是有機鹵化物。
SbCl3是沸點不太高的揮發性氣體,不燃,氣體相對密度大,能長時間停留在燃燒區內稀釋可燃性氣體,隔絕空氣,起到阻燃的作用;它還能捕獲燃燒性的游離的自由基H·、HO·和·CH3等,起到抑制火焰的作用。
B、磷—鹵體系
當磷和鹵素共存時,阻燃效果會比單獨存在時要好,兩者反應生成鹵化磷,如PBr3、PBr5等。鹵化磷具有較大的蒸氣密度,氣體覆蓋于火焰表面以隔絕氧氣和稀釋可燃物的濃度。同時生成的鹵化氫又能捕捉燃燒反應生成的自由基。
C、磷—氮體系(膨脹型阻燃劑)
磷化物和氮化物在高溫下表面形成膨漲性焦炭層,它起著隔熱阻氧保護層的作用,含氮化合物起著發泡劑和焦炭增強劑的作用。
磷提供酸源(脫水劑),與樹脂作用,促進炭化物的生成。
氮提供氣源(發泡劑),可以使體系膨脹發泡,對炭化層的形成也有促進作用,形成多孔泡沫炭層。
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