阻燃机理
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卤系阻燃剂阻燃机理卤系阻燃剂是一种常见的阻燃剂类型,在许多领域中被广泛应用。
卤系阻燃剂以卤素元素(如溴、氯)为主要成分,通过其特定的化学性质发挥阻燃作用。
下面将详细介绍卤系阻燃剂的阻燃机理,以帮助读者更好地理解和应用这种阻燃剂。
卤系阻燃剂的阻燃机理可以归结为以下几个方面:1. 水合效应:卤系阻燃剂在高温下会发生水解反应,生成卤化氢气体。
卤化氢气体在接触火焰时会发生水化反应,产生大量水蒸气,从而吸收热量并稀释燃烧气体,减缓燃烧速度。
同时,由于卤化氢气体的比重较空气大,它可遮蔽火焰的氧源,降低燃烧的氧含量,从而抑制燃烧过程。
2. 气相抑制作用:卤系阻燃剂在高温下分解产生的卤素化合物(如溴化氢、氯化氢等)与燃烧产物中的自由基发生反应,抑制其进一步参与反应链的链传递过程。
这种链传递抑制作用可以阻断火焰的扩散,减少火焰的温度和放热量,达到阻燃的效果。
3. 炭化层形成:卤系阻燃剂在高温下分解产生的卤化物可以与燃烧物表面的有机物发生反应,生成气体和固体沉淀物。
这些固体沉淀物在燃烧过程中可以形成一层炭化层,覆盖在燃烧物表面,起到隔热和隔氧的作用,阻碍燃烧的进行。
综上所述,卤系阻燃剂的阻燃机理主要包括水合效应、气相抑制作用和炭化层形成。
这些机理相互作用,共同发挥作用,从而抑制火焰的传播和燃烧的进行,防止火灾的扩散。
在实际应用中,我们可以根据具体的情况选择适合的卤系阻燃剂,并合理调节使用剂量。
同时,还需要注意卤系阻燃剂的稳定性和毒性问题,确保其安全使用。
此外,卤系阻燃剂的使用也可以与其他阻燃机理相结合,如氮磷系阻燃剂和无机阻燃剂等,以提高阻燃效果。
总之,了解卤系阻燃剂的阻燃机理对于正确应用和选择合适的阻燃剂具有重要意义。
在工程实践中,我们应该结合具体情况,综合考虑各种因素,并在保证安全的前提下,合理利用卤系阻燃剂的阻燃作用,确保材料和设施的防火安全性。
磷酸三聚氰胺阻燃原理
磷酸三聚氰胺是一种有效的阻燃剂,其主要作用机理是通过氮磷协同作用和保护层形
成来阻燃材料,从而达到火灾防护的目的。
一、氮磷协同作用
氮磷协同作用是指磷酸三聚氰胺中含有的磷和氮元素之间发生化学反应,形成化合物,使其在高温条件下释放出来的氮、磷物质对材料起到阻燃作用。
磷酸三聚氰胺分解时,氮、磷原子与其它元素形成氮磷酸锑锰复合物。
这些化合物在
材料表面上形成一层保护层,延长材料的燃烧时间。
同时,磷酸三聚氰胺中磷酸盐形成与
加热时的氮元素生成气体反应,进一步减缓材料燃烧。
二、保护层形成
在高温和强氧化环境下,磷酸三聚氰胺在材料表面形成一层厚厚的焦炭,这是一种黑
色的炭质材料。
这层保护层能够保护材料,使其不受燃烧的破坏,延长了材料的燃烧时
间。
这层保护层同时也能通过减缓燃烧反应来减小火灾扩散的速度,从而使火灾控制更为
容易。
同时,磷酸三聚氰胺分解产生大量的水分散到材料表面上形成一个保护层,进一步
起到减缓火势的效果。
综上所述,磷酸三聚氰胺是一种有效的阻燃剂,其氮磷协同作用和保护层形成是阻燃
作用的关键机理。
它可以加强材料的耐高温性能和阻燃性质,减缓火灾扩散速度,提高火
灾安全性。
在各种领域的应用中都有着广泛的用途。
硅酸铝钠阻燃机理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述:硅酸铝钠作为一种常用的阻燃剂,在防火材料中起着重要的作用。
本文旨在通过深入研究硅酸铝钠的基本性质及其在阻燃中的作用机理,对其在阻燃材料领域的应用进行探讨和分析。
首先,我们将介绍硅酸铝钠的基本性质,包括其化学结构、物理性质等方面的特点。
随后,我们将重点探讨硅酸铝钠在阻燃过程中的作用机理,包括其对热解、燃烧过程的影响。
最后,我们将对硅酸铝钠在阻燃材料中的应用领域进行介绍,展望其未来在阻燃材料领域的发展前景。
通过本文的阐述,读者将对硅酸铝钠的阻燃机理有更加全面的了解,为其在阻燃材料中的应用提供理论支持和指导。
1.2 文章结构本文将首先介绍硅酸铝钠的基本性质,包括其化学结构、物理性质等方面的特点。
随后,将深入探讨硅酸铝钠在阻燃中的作用机理,包括其在材料中的作用方式和原理。
最后,将详细介绍硅酸铝钠在不同领域中的应用情况,以及其在阻燃材料中的发展前景。
通过对硅酸铝钠的阻燃机理进行深入的研究和分析,可以为阻燃材料的开发和应用提供有益的参考和指导。
1.3 目的本文的目的是对硅酸铝钠作为一种常见的阻燃材料进行深入的探讨和分析。
首先,将介绍硅酸铝钠的基本性质,包括其化学结构、物理性质等方面的特点;其次,将重点阐述硅酸铝钠在阻燃中的作用机理,探讨其如何起到阻燃效果;最后,将探讨硅酸铝钠在各个应用领域中的具体应用情况,并展望其在阻燃材料中的发展前景。
通过本文的研究和分析,旨在对硅酸铝钠的阻燃机理有一个更加深入的理解,并为未来的阻燃材料研究提供参考和借鉴。
2.正文2.1 硅酸铝钠的基本性质硅酸铝钠是一种常用的阻燃剂,具有以下基本性质:1. 化学性质:硅酸铝钠是一种无机化合物,化学式为NaAlSiO4,属于硅酸盐类化合物。
它具有较高的热稳定性和化学惰性,在高温下不易分解,可以有效提高阻燃材料的耐热性和化学稳定性。
2. 物理性质:硅酸铝钠呈白色粉末状,无臭无味,具有良好的流动性和分散性。
离子液体阻燃剂阻燃机理离子液体阻燃剂阻燃机理的探索1. 引言火灾是一种常见且危险的事故,给人们的生命和财产安全带来了巨大威胁。
而阻燃剂作为一种重要的消防材料,在阻止火灾事故发生和减少燃烧过程中的损失方面发挥着重要作用。
近年来,离子液体阻燃剂作为一种新型的阻燃材料备受关注。
本文将通过对离子液体阻燃剂的阻燃机理的深入研究,探讨其在防火领域的潜力和应用前景。
2. 离子液体的基本概念和特性离子液体是由大量离子形成的液体,其独特的物理和化学性质使其具备广泛的应用潜力。
与传统有机溶剂相比,离子液体具有高溶解度、低挥发性、高热稳定性等优点,这些特性为其在阻燃领域中的运用提供了良好的基础。
3. 离子液体阻燃剂的分类和特点离子液体阻燃剂可分为氧化离子液体和非氧化离子液体两类。
氧化离子液体主要包括含磷、氮、硼等元素的化合物,而非氧化离子液体则是指没有氧化性元素的离子液体。
相比于传统阻燃剂,离子液体阻燃剂具有更低的烟雾产生量和毒性,能够有效抑制燃烧过程中的热和火焰扩散,并具有较高的阻燃效果。
4. 离子液体阻燃剂的作用机理4.1 萃取作用机理离子液体阻燃剂能够与燃烧物质发生作用,形成稳定的离子液体-燃烧物质络合物,从而减缓燃烧反应的进行。
这种作用机理主要是通过离子液体中的离子与燃烧物质中的有害物质发生相互作用,将其转移到离子液体相中,从而阻止火焰的蔓延。
4.2 消磷作用机理离子液体阻燃剂中的氧化离子液体常含有磷元素,磷元素能够与燃烧物质中的磷酸盐等有害物质发生反应,形成高熔点的磷酸盐盐类,从而减缓燃烧的进行。
消磷作用机理主要是通过离子液体中的磷酸盐与燃烧物质中的磷酸盐发生反应,从而减少磷酸盐在燃烧过程中的产生和释放,起到阻燃的效果。
4.3 隔热作用机理离子液体阻燃剂在燃烧过程中会形成保护膜,该膜能够有效隔离火焰与燃烧物质之间的接触,减少热量传输和燃烧反应的进行。
这种隔热作用机理主要是通过离子液体在燃烧过程中的分解和气体释放,形成气体隔热层和液体隔热层,从而减少热量传输和火焰的蔓延。
膨胀石墨的阻燃机理在科学与技术领域中,膨胀石墨引起了广泛的关注。
膨胀石墨是一种特殊的材料,具有出色的阻燃性能,可以在高温环境下有效地阻止火焰蔓延。
这种材料的阻燃机理引起了科学家们的浓厚兴趣,他们通过深入研究,试图揭示其中的奥秘。
1. 膨胀石墨的基本概念和特性膨胀石墨是一种具有层状结构的材料,其分子结构中的碳元素排列成平面形式,并通过共价键与邻近的碳原子相连接。
这种特殊的结构使膨胀石墨表现出许多独特的性质。
膨胀石墨具有优异的导热性和导电性,使其在大量的工业应用中发挥重要作用。
膨胀石墨的层状结构使其可以通过插入或吸附其他分子来改变其物理和化学性质。
这种可控的结构调控为膨胀石墨的阻燃性能的实现提供了可能。
2. 膨胀石墨的阻燃机理膨胀石墨的阻燃性能源于其特殊的分子结构。
在封闭的空间中,当有害气体和烟雾产生时,膨胀石墨可以快速膨胀,形成一层密封的保护层,防止火焰和烟雾进一步蔓延。
这种膨胀过程是通过碳原子层之间的物理变化和结构扩展来实现的。
当材料遇到高温时,层状结构中的碳原子将迅速热胀冷缩,从而导致材料的膨胀。
在高温环境下,膨胀石墨中的孔隙会放大,使其可以吸附更多的有害气体和烟雾。
3. 膨胀石墨在实际应用中的意义膨胀石墨的阻燃性能使其成为一种理想的阻燃材料。
它可以被广泛应用于建筑、交通、电子、化工等领域,以提高人们的安全性能。
在建筑领域,膨胀石墨可以作为建筑材料的防火层,有效地减少火灾的发生和蔓延。
在电子领域,膨胀石墨可以用作电池隔膜材料,提高电池的安全性和稳定性。
这些实际应用证明了膨胀石墨在提高人们生活质量和促进社会发展方面的重要作用。
4. 个人观点和理解对于我个人来说,膨胀石墨的阻燃机理给我留下了深刻的印象。
这种材料的阻燃性能非常出色,通过其独特的分子结构实现了膨胀和防火的功能,为保障人们的安全提供了一种新的可能性。
我认为,膨胀石墨的研究和应用将在未来得到更广泛的关注,其进一步的研究将有助于揭示更多的性能和潜力。
磷系阻燃剂及其阻燃机理磷系阻燃剂是一类高效、稳定、使用领域宽泛的含磷阻燃剂,按使用方法可分为反应型阻燃剂和添加型阻燃剂。
添加型阻燃剂使用方式便捷并且应用领域广泛,反应型阻燃剂相容性好、阻燃效果稳定,广受人们青睐。
根据磷系阻燃剂的性质及组成,可分为无机阻燃剂和有机阻燃剂,其中无机阻燃剂包括红磷、聚磷酸铵(APP) 等,有机阻燃剂大多数是磷酸酯、膦酸酯、氧化膦、亚膦酸酯等,并且有机阻燃剂种类及衍生物较多,磷系阻燃剂的分类及特点如下表所示。
磷系阻燃剂在常见塑料中应用领域广泛,除了单独添加无机阻燃剂或有机阻燃剂外,有时将有机/无机阻燃剂以不同比例复配使用,或与含其它元素阻燃剂协同作用形成稳定的炭层结构,磷系阻燃剂在塑料中应用的主要方法如下表所示。
磷系阻燃剂的阻燃机理在凝聚相中,磷系阻燃剂通过热分解在聚合物表面形成磷酸及多磷酸的粘层膜,使聚合物达到难燃目的;燃烧过程中产生PO·和HPO·等自由基,在气相中捕捉活性H·或者OH·(如下图所示),通过自由基的结合达到气相阻燃的效果,可以使聚合物热解速率下降。
磷系阻燃剂在下面几个角度充分发挥作用:1)通过隔离氧气、热量的方法在材料表面形成阻止燃烧的炭层,从而使材料LOI(烧失量) 提高且效果明显;2)在材料表面形成致密的炭层,从而防止材料受热继续分解;3)燃烧接触层表面脱水生成的水蒸气可以稀释氧气、氧自由基及可燃气体的浓度;4)磷酸及多磷酸多呈粘稠状的物质,覆盖于基材表面的焦炭层上,从而使焦炭层隔离可燃气体及热量达到保护作用。
综上所述,磷系阻燃剂效率高、使用方式便捷、阻燃效果明显,在未来的发展中会备受青睐。
善贞实业(上海)有限公司:182严1748先5743生。
p-n键在燃烧时阻燃的机理燃烧是物质与氧气发生化学反应释放能量的过程。
在燃烧过程中,p-n键扮演着重要的角色,起到了阻燃的作用。
本文将探讨p-n键在燃烧时的机理。
p-n键是指半导体材料中的p型和n型区域之间的结合键。
半导体材料是一类具有特殊电导特性的材料,其中p型区域富含正电荷,n 型区域富含负电荷。
当两者相遇时,p-n键的形成使得电子从n型区域流向p型区域,同时空穴从p型区域流向n型区域,形成电子-空穴对。
在燃烧过程中,p-n键的阻燃机理主要体现在以下几个方面:1. p-n键的电子转移能力:p-n键中的电子-空穴对可以在燃烧过程中吸收和释放能量,从而减缓燃烧速度。
当燃烧过程中释放的能量达到一定程度时,p-n键中的电子-空穴对会吸收相应的能量,使燃烧反应变得缓慢,从而起到阻燃的作用。
2. p-n键的能量传导性:p-n键能够有效地传导能量,将燃烧过程中释放的能量迅速传递到周围环境中,防止能量集中和积累,降低燃烧的温度。
这种能量传导性可以有效地抑制燃烧过程中的火势蔓延,减少火灾的危害。
3. p-n键的热稳定性:p-n键具有较高的热稳定性,能够在高温环境下保持结构的完整性,并防止燃烧物质的分解和燃烧副产物的产生。
这种热稳定性可以有效地减少燃烧过程中有害气体和烟雾的生成,保护环境和人体健康。
4. p-n键的氧化还原反应:p-n键参与了燃烧过程中的氧化还原反应。
在燃烧过程中,燃料与氧气发生氧化还原反应,释放出大量的能量。
p-n键中的电子-空穴对可以参与这些反应,调节氧化还原反应的速率和方向,降低燃烧的温度和能量释放量,从而起到阻燃的作用。
p-n键在燃烧时起到了阻燃的重要作用。
它通过电子转移能力、能量传导性、热稳定性和氧化还原反应等机制,调节和减缓燃烧过程,降低火灾的危害。
对于防止火灾事故的发生和减少火灾损失具有重要的意义。
通过深入研究p-n键在燃烧时的机理,可以为防火材料的设计和开发提供理论指导和技术支持。
卤系阻燃剂阻燃机理阻燃剂是一类在火灾条件下能够延缓或阻止材料燃烧的化学物质。
卤系阻燃剂是其中一种常用的阻燃剂,它的阻燃机理主要通过卤素元素的特殊性质来实现。
卤系阻燃剂通常由卤素元素(如氯、溴、氟等)以及其他辅助添加剂组成。
在火灾发生时,卤系阻燃剂中的卤素元素会发挥重要作用。
卤素元素具有较高的电负性,能够与燃烧时生成的自由基发生反应,从而抑制火焰的扩展。
此外,卤素元素还能够与可燃物表面形成一层保护层,阻隔氧气和燃烧产物进一步与可燃物接触,从而减少燃烧反应的进行。
卤系阻燃剂的阻燃机理可以分为气相和固相两个方面。
在气相中,卤素元素在燃烧过程中与自由基反应生成无机酸的气体(如HCl、HBr、HF等)。
这些无机酸能够中和火焰中的碱性物质,降低火焰的温度和热释放速率,从而减缓火势的蔓延。
此外,无机酸的生成还能够抑制可燃物的燃烧反应,使火焰变得不稳定。
在固相中,卤系阻燃剂中的卤素元素能够与可燃物表面发生反应,形成一层具有阻燃性质的炭化层。
这种炭化层能够降低可燃物的热导率和挥发性,减缓燃烧反应的进行。
同时,炭化层还能够隔离氧气和可燃物的接触,防止燃烧的继续发生。
卤系阻燃剂的阻燃机理还与其添加方式有关。
一种常见的添加方式是将卤系阻燃剂与可燃物混合后共混。
在共混过程中,卤素元素能够与可燃物充分接触,形成均匀分散的阻燃体系。
另一种添加方式是将卤系阻燃剂涂覆在可燃物表面形成涂层。
涂层中的卤素元素能够在火灾发生时迅速发挥作用,形成阻燃保护层。
卤系阻燃剂的阻燃机理不仅仅局限于单一的化学反应,而是涉及到多种复杂的物理和化学过程。
在实际应用中,卤系阻燃剂的选择和使用需要充分考虑材料的特性和阻燃要求。
此外,卤系阻燃剂的添加量和分散性也对阻燃效果有重要影响。
总结起来,卤系阻燃剂的阻燃机理主要包括气相和固相两个方面。
卤素元素通过与自由基反应生成无机酸,中和火焰中的碱性物质,降低火焰温度和热释放速率;同时,卤素元素还能够与可燃物表面发生反应,形成炭化层,减缓燃烧反应的进行。
二氧化钛阻燃机理
二氧化钛是一种常用的阻燃剂,它的阻燃机理主要包括以下几个方面:
1. 作为物理屏障:二氧化钛可以在材料表面形成一层致密的氧化钛薄膜,这种薄膜可以作为物理屏障,阻隔火焰和氧气的接触,从而减缓火势的蔓延。
2. 消耗热量:当二氧化钛受热时,它会吸收大量的热量,使其自身温度升高,从而降低周围环境的温度。
这种吸热作用可以有效地消耗火焰释放的热量,使火势得到控制。
3. 阻断火焰传播:二氧化钛的表面具有较高的反射性,可以将火焰的辐射能量反射回去,阻止火焰的进一步传播。
同时,二氧化钛还可以吸收火焰中的紫外线和可见光,降低火焰的辐射能量,达到阻断火势扩散的效果。
4. 促进炭化层形成:二氧化钛在高温下可以催化材料表面的炭化反应,形成一层致密的炭化层。
这个炭化层能够有效地隔离氧气,减少可燃物质与氧气的接触,从而阻燃和抑制火势的发展。
总的来说,二氧化钛的阻燃机理是通过形成物理屏障、消耗热量、阻断火焰传播和促进炭化层形成等多种方式来减缓火势蔓延和降低火灾风险。
高分子材料的阻燃机理详解 聚合物的燃烧是一个非常激烈复杂的热氧化反应,具有冒发浓烟或炽烈火焰的特征。燃烧的一般过程是在外界热源的不断加热下,聚合物先与空气中的氧发生自由基链式降解反应,产生挥发性可燃物,该物达到一定浓度和温度时就会着火燃烧起来,燃烧所放出的一部分热量供给正在降解的聚合物,进一步加剧其降解,产生更多的可燃性气体,火焰在很短的时间内就会迅速蔓延而造成一场大火。
阻燃剂是一类能够阻止塑料引燃或抑制火焰传播的助剂。根据其使用方法可分为添加型和反应型两类,添加型阻燃剂是在塑料的加工过程中掺入塑料中,多用于热塑性塑料。反应型阻燃剂是在聚合物合成过程中作为单体化学键合到聚合物分子链上,多用于热固性塑料,有些反应型阻燃剂也可用作添加型阻燃剂。按照化学结构,阻燃剂又可分为无机和有机两类,在这些化合物中多含有卤素和磷,有的含有锑、硼、铝等元素。 1.阻然剂的阻燃效应阻燃剂的阻燃作用就是在聚合物材料的燃烧过程中能阻止或抑制其物理或化学变化的速度,具体说来,这些作用体现在以下几个方面。 (1 )吸热 效应其作用是使高聚物材料的温度上升发生困难,例如,硼砂具有10个分子的结晶水, 由于释放出结晶水要夺取141.8kJ/mol热量,因其吸热而使材料的温度上升受到了抑制,从而产生阻燃效果。水合氧化铝的阻燃作用也是因其受热脱水产生吸热效应的缘故。另外,一些热塑性聚合物裂解时常产生的熔滴,因能离开燃烧区移走反应热,也能发挥一定的阻燃效果。 (2)覆盖效应其作用是在较高温度下生成稳定的覆盖层,或分解生成泡沫状物质,覆盖于高聚物材料的表面,使燃烧产生的热量难以传入材料内部,使高聚物材料因热分解而生成的可燃性气体难于逸出,并对材料起隔绝空气的作用,从而抑制材料裂解,达到阻燃的效果。如磷酸酯类化合物和防火发泡涂料等可按此机理发挥作用。 (3)稀释效应此类物质在受热分解时能够产生大量的不燃性气体,使高聚物材料所产生的可燃性气体和空气中氧气被稀释而达不到可燃的浓度范围,从而阻止高聚物材料的发火燃烧。能够作为稀释气体的有CO2, NH3, HCl和H2O等。磷酸胺、氯化胺、碳酸胺等加热时就能产生这种不燃性气体。 (4)转移效应其作用是改变高聚物材料热分解的模式,从而抑制可燃性气体的产生。例如,利用酸或碱使纤维素产生脱水反应而分解成为炭和水,因为不产生可燃性气体,也就不能着火燃烧。氯化胺、磷酸胺、磷酸酯等能分解产生这类物质,催化材料稠环炭化,达到阻燃目的。 (5)抑制效应(捕捉自由基),高聚物的燃烧主要是自由基连锁反应,有些物质能捕捉燃烧反应的活性中间体HO·、H ·、·O·、HOO·等,抑制自由基连锁反应,使燃烧速度降低直至火焰熄灭。常用的溴类、氯类等有机卤素化合物就有这种抑制效应。 (6) 增强效应(协同效应) 有些材料,若单独使用并无阻燃效果或阻燃效果不大,多种材料并用就可起到增强阻燃的效果。三氧化二锑与卤素化合物并用,就是最为典型的例子。其结果是,不但可以提高阻燃效率,而且阻燃剂的用量也可减少。 2.阻燃机理 材料的阻燃性,常通过气相阻燃、凝聚相阻燃及中断热交换阻燃等机理实现。抑制促进燃烧反应链增长的自由基而发挥阻燃功能的属气相阻燃;在固相中延缓或阻止高聚物热分解起阻燃作用的属凝聚相阻燃;将聚合物燃烧产生的部分热量带走而导致的阻燃,则属于中断热交换机理类的阻燃。但燃烧和阻燃都是十分复杂的过程,涉及很多影响和制约因素,将一种阻燃体系的阻燃机理严格划分为某一种是很难的,实际上很多阻燃体系同时以几种阻燃机理起作用。 2. 1气相阻燃机理 气相阻燃系统指在气相中使燃烧中断或延缓链式燃烧反应的阻燃作用,下述几种情况下的阻燃都属于气相阻燃。 (1)阻燃材料受热或燃烧时能产生自由基抑制剂,从而使燃烧链式反应中断。 (2)阻燃材料受热或燃烧时生成细微粒子,它们能促进自由基相互结合以中止链 式燃烧反应。 (3)阻燃材料受热或燃烧时释放出大量的惰性气体或高密度蒸汽,前者可稀释氧 和气态可燃物,并降低此可燃气的温度 ,致使燃烧中止; 后者则覆盖于可燃气上,隔绝它与空气的接触,因而使燃烧窒息。可挥发性、低沸点的含磷化合物,诸如三烷基氧化磷(R3PO) ,属于气相阻燃剂。质谱分析表明,三苯基膦酸酯和三苯基膦氧在火焰中裂解成自由基碎片,这些自由基像卤化物一样捕获H·及O·游离基,从而起到抑制燃烧链式反应的作用。 在红磷的燃烧和裂解中,也形成P·,它们和聚合物中的氧发生反应生成磷酸酯结构。此外,膨胀阻燃体系也可能在气相中发挥作用,其中的胺类化合物遇热可分解产生NH3、 H2O和NO,前两种气体可稀释火焰区的氧浓度,后者可使燃烧赖以进行的自由基淬灭,致使链反应终止。 2.2凝聚相阻燃机理 这是指在凝聚相中延缓或中断阻燃材料热分解而产生的阻燃作用,下述几种情况的阻燃均属于凝聚相阻燃。 (1 )阻燃剂在凝聚相中延缓或阻止可产生可燃气体和自由基的热分解。 (2) 阻燃材料中比热容较大的无机填料,通过蓄热和导热使材料不易达到热分 解温度。 (3 )阻燃剂受热分解吸热,使阻燃材料温升减缓或中止。 (4 )阻燃材料燃烧时在其表面生成多孔炭层,此层难燃、隔热、隔氧,又可阻止可燃气进入燃烧气相,致使燃烧中为维持继续燃烧,必须具有足够的氧气和可燃性气体混合物。如果热裂解生成的自由基被截留而消失,燃烧就会减慢或中断。含有有机溴化物作阻燃剂的阻燃热塑性塑料发生燃烧时,存在以下反应。 RH→R·+ H· 链引发 HO·+CO=CO2+H· 链增长(高度放热反应) H·+O2= HO·+O· 链支化 O·+HBr= HO·-+Br· 链转移 HO·+HBr=H2O +Br· 链终止具有高度反应性的HO·自由基在燃烧过程中起关键作用。当HO·被反应性较差的Br·取代时,自由基链式反应就发生终止。 2.3中断热交换阻燃机理 这是指将阻燃材料燃烧产生的部分热量带走,致使材料不能维持热分解温度,因而不能维持产生可燃气体,于是燃烧自熄。例如,当阻燃材料受强热或燃烧时可熔化,而熔融材料易滴落,因而将大部分热量带走,减少了反馈至本体的热量,致使燃烧延缓,最后可能终止燃烧。所以,易熔融材料的可燃性通常都较低,但滴落的灼热液滴可引燃其他物质,增加火灾危险性。 3 几种典型阻燃剂的阻燃机理 3.1 卤系阻燃剂 卤系阻燃剂包括溴系和氯系阻燃剂。卤系阻燃剂是目前世界上产量最大的有机阻燃剂之一。在卤系阻燃剂中大部分是溴系阻燃剂。工业生产的溴系阻燃剂可分为添加型、反应型及高聚物型三大类,而且品种繁多。国内外市场上现有20种以上的添加型溴系阻燃剂,10种以上的高分子型溴系阻燃剂,20种以上的反应型溴系阻燃剂。添加型的阻燃剂主要有十溴二苯醚(DBDPO).四溴双酚A双(2,3一二烷丙基)醚(TBAB)、八溴二苯醚(OBDPO)等;反应型阻燃剂主要有四溴双酚A (TBBPA), 2, 4, 6-三溴苯酚等;高分子型阻燃剂主要有溴化聚苯乙烯、溴化环氧、四溴双酚A碳酸酯齐聚物等。溴系阻燃剂之所以受到青睐,其主要原因是它的阻燃效率高,而且价格适中。由于C-Br键的键能较低,大部分溴系阻燃剂的分解温度在200℃ -300℃,此温度范围正好也是常用聚合物的分解温度范围。所以在高聚物分解时,溴系阻燃剂也开始分解,并能捕捉高分子材料分解时的自由基,从而延缓或抑制然烧链的反应,同时释放出的HBr本身是一种难燃气体,可以覆盖在材料的表面,起到阻隔与稀释氧气浓度的作用。这类阻燃剂无不例外的与锑系(三氧化二锑或五氧化二锑)复配使用,通过协同效应使阻燃效果得到明显提高。 卤系阻燃剂主要在气相中发挥阻燃作用。因为卤化物分解产生的卤化氢气体,是不燃性气体,有稀释效应。它的比重较大,形成一层气膜,覆盖在高分子材料固相表面,可隔绝空气和热,起覆盖效应。更为重要的是,卤化氢能抑制高分子材料燃烧的连锁反应,起清除自由基的作用。以溴化物为例,其抑制自由基连锁反应的机理如下: 含溴阻燃剂 → Br· Br·+RH→R·+HBr HO·+HBr=H2O +Br· 高分子材料中加入的含溴阻燃剂,遇火受热发生分解反应,生成自由基Br·,它又与高分子材料反应生成溴化氢,溴化氢与活性很强的OH·自由基反应,一方面使得Br再生,一方面使得OH·自由基的浓度减少,使燃烧的连锁反应受到抑制,燃烧速度减慢,直至熄灭。 但是当发生火灾时,由于这些材料的分解和燃烧产生大量的烟尘和有毒腐蚀性气体造成“二次灾害”,且燃烧产物(卤化物)具有很长的大气寿命,一旦进入大气很难去除,严重地污染了大气环境,破坏臭氧层。另外,多溴二苯醚阻燃的高分子材料的燃烧及裂解产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,美国环境保护局评价证明了这些物质对人和动物是致毒物质。 3.2磷及磷化合物的阻燃机理 磷及磷化合物很早就被用作阻燃剂使用,对它的阻燃机理研究得也较早,起初发现使用含磷阻燃剂的材料燃烧时会生成很多焦炭,并减少了可燃性挥发性物质的生产量,燃烧时阻燃材料的热失重大大降低,但阻燃材料燃烧时的烟密度比未阻燃时增加。根据上面的事实提出了一些阻燃机理。从磷化合物在不同反应区内所起阻燃作用可分为凝聚相中阻燃机理和蒸汽相中阻燃机理,有机磷系阻燃剂在凝聚相中发挥阻燃作用,其阻燃机理如下: 在燃烧时,磷化合物分解生成磷酸的非燃性液态膜,其沸点可达300℃。同时,磷酸又进一步脱水生成偏磷酸,偏磷酸进一步聚合生成聚偏磷酸。在这个过程中,不仅由磷酸生成的覆盖层起到覆盖效应,而且由于生成的聚偏磷酸是强酸,是很强的脱水剂,使聚合物脱水而炭化,改变了聚合物燃烧过程的模式并在其表面形成碳膜以隔绝空气,从而发挥更强的阻燃效果。 磷系阻燃剂的阻燃作用主要体现在火灾初期的高聚物分解阶段,因其能促进聚合物脱水发化,从而减少聚合物因热分解而产生的可燃性气体的数量,并且所生成的碳膜还能隔绝外界空气和热。通常,磷系阻燃剂对含氧聚合物的作用效果最佳,主要被用在含羟基的纤维素、聚氨酯、聚酯等聚合物中。对于不含氧的烃类聚合物,磷系阻燃剂的作用效果就比较小。 含磷阻燃剂也是一种自由基捕获剂,利用质谱技术发现,任何含磷化合物在聚合物燃烧时都有PO·形成。它可以与火焰区域中的氢原子结合,起到抑制火焰的作用。另外,磷 系阻燃剂在阻燃过程中产生的水分,一方面可以降低凝聚相的温度,另一方面可以稀释气相中可燃物的浓度,从而更好地起到阻燃作用。
3.3无机阻燃剂的阻燃机理 无机阻燃剂包括氢氧化铝、氢氧化镁、膨胀石墨、硼酸盐、草酸铝和硫化锌为基的阻燃剂。氢氧化铝和氢氧化镁是无机阻然剂的主要品种,它具有无毒性和低烟等特点它们由于受热分解吸收大量燃烧区的热量,使燃烧区的温度降低到燃烧临界温度以下燃烧自熄:分解后生成的金属氧化物多数熔点高、热稳定性好、覆盖于燃烧固相表面阻挡热传导和热辐射,从而起到阻燃作用。同时分解产生大量的水蒸气,可稀释可燃气体,也起到阻燃作用。 水合氧化铝有热稳定性好,在300℃下加热2h可转变为AlO(OH),与火焰接触后不会产生有害的气体,并能中和聚合物热解时释放出的酸性气体,发烟量少,价格便宜等优点,因而它成为无机阻燃剂中的重要品种。水合氧化铝受热释放出化学上结合的水,吸收燃烧热量,降低燃烧温度。在发挥阻燃作用时,主要是两个结晶水起作用,另外,失水产物为活性氧化铝,能促进一些聚合物在燃烧时稠环炭化,因此具有凝聚相阻燃作用。从该机理可知使用水合氧化铝作阻燃剂,添加量应较大。 镁元素阻燃剂主要品种为氢氧化镁,是近几年来国内外正在开发的一种阻燃剂,它在340℃左右开始进行吸热分解反应生成氧化镁,在423℃下失重达最大值,490℃下分解反应终止。从量热法得知,其反应吸收大量热能(44.8KJ/mol) ,生成的水也吸收大量热能,降低温度,达到阻燃。氢氧化镁的热稳定性和抑烟能力都比水合氧化铝好,但由于氢氧化镁的表面极性大,与有机物相容性差,所以需要经过表面处理后才能作为有效的阻燃剂。另外,它的热分解温度偏高,适宜热固性材料等分解温度较高的聚合物的阻燃。 在高温下,可膨胀石墨中的嵌入层受热易分解,产生的气体使石墨的层间距迅速扩大到原来的几十倍至几百倍。当可膨胀石墨与高聚物混合时,在火焰的作用下,可在高聚物表面生成坚韧的炭层,从而起到阻燃作用。 硼酸盐阻燃剂有硼砂、硼酸和硼酸锌。目前主要使用的是硼酸锌。硼酸锌在 300℃开始释放出结晶水,在卤素化合物的作用下,生成卤化硼、卤化锌,抑制和捕获游离的羟基,阻止燃烧连锁反应;同时形成固相覆盖层,隔绝周围的氧气,阻止火焰继续燃烧并具有抑烟作用。硼酸锌可以单独使用,也可与其它阻燃剂复配使用。目前,主要产品有细粒硼酸锌、耐热硼酸锌、无水硼酸锌和高水硼酸锌。