阻燃剂的绿色化发展现状及趋势
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阻燃的名词解释阻燃是一个在化学和物理领域经常被提到的名词。
它指的是一种物质的特性,即能够减缓或阻止火焰的蔓延。
在各个领域的应用中,阻燃性能被广泛关注和追求,因为它涉及到人们的生命安全和财产保护。
一、阻燃的意义火灾是一种危险的自然现象,无论是在建筑、交通、电子设备等近乎所有的领域中都潜在着火灾的发生风险。
火灾的蔓延速度往往极快,能够带来巨大的人员伤亡和财产损失。
因此,研究和应用阻燃技术显得尤为重要。
阻燃材料的广泛应用可以有效地减缓火势的蔓延速度,延长人们的逃生时间,降低火灾造成的伤亡和损失。
二、阻燃的原理阻燃的原理基于物质的燃烧过程。
燃烧所需的三个要素是燃料、氧气和火源。
阻燃材料通过改变燃烧过程中的其中一个或多个要素,来减缓或阻止火焰的蔓延。
阻燃的主要机制包括物理阻燃和化学阻燃。
物理阻燃是指物质本身的热分解过程中产生大量的水和惰性气体等,将周围环境中的氧气稀释或隔离,使火焰失去燃烧的条件。
此外,物理阻燃还可以通过增加材料的熔融点和热传导性,来导致火焰无法逼近或穿透材料,从而实现阻燃的效果。
化学阻燃是指在物质的燃烧过程中,添加阻燃剂以改变燃烧反应的特性。
阻燃剂可以通过多种方式起作用,例如抑制自由基的生成,吸收热量,形成隔离层等。
这些作用都能够减缓火焰蔓延的速度,提高材料的阻燃性能。
三、阻燃材料的应用阻燃材料广泛应用于建筑、交通运输、电子设备等行业。
在建筑领域,阻燃材料被用于地板、墙体、屋顶等部位,以减少火灾蔓延的速度,并延长人员疏散的时间。
在交通运输领域,阻燃材料被广泛用于汽车、火车、飞机等交通工具的内饰、座椅和部件上。
这不仅可以减少火灾的发生和蔓延,还可以提供更多的逃生时间。
在电子设备领域,阻燃材料被用于电线、电缆、电路板等部件中,以防止电器设备因短路或过载引发的火灾。
阻燃材料的应用能够降低电器设备的火灾风险,保护人员和设备的安全。
四、阻燃技术的发展趋势随着科技的发展,人们对阻燃技术的研究和应用也在不断进步。
磷系阻燃剂TCPP的合成及应用磷系阻燃剂TCPP,全称为三氯丙烷磷酸酯,是一种常用的磷系阻燃剂,广泛应用于聚合物、聚氨酯、涂料、粘合剂等材料中。
它具有优异的阻燃性能,可以有效地提高材料的耐火性能,降低燃烧时释放的烟气和毒气,在工业生产和民用领域中发挥着重要的作用。
下面将对TCPP的合成及应用进行详细介绍。
一、磷系阻燃剂TCPP的合成1. 原料准备:合成TCPP的原料主要包括三氯丙烯、磷酸和氯化磷。
其中,三氯丙烯是合成TCPP的重要原料,而磷酸和氯化磷则是磷酸酯化合物的常用反应试剂。
2. 反应步骤:TCPP的合成通常采用磷酸酯化反应。
首先将三氯丙烯和氯化磷加入反应釜中,控制温度和搅拌条件,进行氯化磷化反应得到三氯丙基磷酰氯。
然后将三氯丙基磷酰氯加入到含有过量磷酸的反应体系中,进行酯化反应得到TCPP产物。
最后对产物进行提纯和干燥处理,得到纯度较高的TCPP产物。
3. 反应条件:TCPP的合成反应需要严格控制温度、压力和反应时间等条件,以保证反应效率和产物质量。
在实际生产中,通常采用高效反应釜和自动化控制系统,提高反应的稳定性和产物的纯度。
二、磷系阻燃剂TCPP的应用1. 聚合物材料中的应用:TCPP广泛应用于各种聚合物材料中,如聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丁二烯、聚苯乙烯等。
它可以通过物理混合或化学共混的方式,与聚合物相结合,有效提高材料的阻燃性能,降低燃烧时释放的烟气和毒气,保护人身安全和减少财产损失。
2. 聚氨酯材料中的应用:TCPP还可以用作聚氨酯材料的阻燃剂。
聚氨酯是一种重要的工程塑料,具有优良的机械性能和耐磨性,广泛用于汽车、建筑、电子等领域。
添加TCPP可以显著提高聚氨酯材料的阻燃性能,延缓燃烧速度,降低烟气产生量,提高材料的燃烧等级。
3. 涂料和粘合剂中的应用:TCPP还可用作涂料和粘合剂的阻燃剂。
涂料和粘合剂广泛应用于建筑、船舶、航空等领域,阻燃要求较高。
添加TCPP可以有效提高涂料和粘合剂的阻燃性能,降低火灾事故的发生概率,保护人员和财产安全。
浅析我国防火材料发展的主要趋势作者:陈庆飞来源:《城市建设理论研究》2012年第30期摘要:防火材料发展的新趋势基本可以判断我国未来的防火材料研发道路将沿着高效、节能的方向走。
文章通过对比分析这些防火材料新产品,对未来的主要趋势做了相关的探讨。
关键词:防火材料;主要趋势;高效;节能中图分类号:TE08 文献标识码:A 文章编号:1 绿色防火材料绿色消防技术是以绿色化学和阻燃技术为基础,以可再生资源或可循环使用的材料为原料生产阻燃材料,尽力实现阻燃材料的低毒、低烟和无污染性。
绿色消防技术涉及的面很广, 例如洁净阻燃技术。
这方面的技术开发成功将使建筑防火材料的防火性能得到改进,从而减少建筑物的火灾荷载量, 减缓火势的蔓延,降低材料燃烧时的烟气浓度和毒性, 为火场疏散逃生创造条件,并且还可从根本上降低起火成灾的概率。
1.1环境友好型防火涂料随着对环境污染的日益重视, 挥发性有机物(VOC)含量很高的溶剂型涂料的使用受到越来越严格的控制。
环境友好型涂料主要有水性涂料、粉末涂料、光固化涂料等, 其中水性防火涂料和无溶剂型防火涂料具有广阔的发展前景。
此外,高固体分防火涂料(固含量超过60% )及液体无溶剂涂料都是具有发展前景的环保防火涂料。
我国市场上目前溶剂型防火涂料约占55% ,水性涂料约占41% ,其他约占4% , 与西方发达国家差距较大。
(1)SDH 水性隧道防火涂料。
例如太原市晋消阻燃实业有限公司展出了SD H 隧道防火涂料, 该涂料为水性隧道防火涂料, 产品完全无毒、无污染、干燥快、防火阻燃性能优越,又有隔热、隔音等功能,此外,该涂料防火性能好、黏结力强、抗冻、抗潮、耐火、耐候性好。
①防火性能见表1 所示。
SDH隧道防火涂料经国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验中心检验合格,各项技术指标均达到国标或超过国标。
表 1 SDH 隧道防火涂料防火性能②理化性能见表2 所示。
表 2 SDH 隧道防火涂料理化性能( 2) WCP -60 水性电缆防火涂料。
阻燃剂是一类用于减少材料燃烧或延缓火势蔓延的化学物质或材料。
它们在防火安全、材料科学和工程领域发挥着重要作用。
以下是阻燃剂的发展历程的主要里程碑:
19世纪末至20世纪初:阻燃剂的最早形式可以追溯到19世纪末,当时人们开始使用一些天然物质,如氯化铵和氯化铵氢钠等,来防止棉花和纺织品的燃烧。
20世纪40年代:在20世纪40年代,有机阻燃剂开始广泛应用,其中最著名的是溴化物阻燃剂,如八溴联苯(八溴联苯,BDE-209)和八溴二苯醚(PBDEs)。
它们被广泛用于家具、电子设备和建筑材料等领域。
20世纪60年代:由于有机阻燃剂可能对环境和人体健康产生不良影响,人们开始寻找更安全的替代品。
六氯环十二烷(HBCD)等新型阻燃剂应运而生。
20世纪80年代至90年代:随着环保意识的增强,人们更加关注阻燃剂的环境和健康影响。
一些国家逐渐禁止或限制使用部分有机阻燃剂,加强了阻燃剂的研究和开发。
21世纪初:人们开始寻找更绿色、更环保的阻燃剂,如无卤素阻燃剂。
这些阻燃剂不含卤素元素,对环境和健康的影响较小。
一些新型材料和技术也被应用于阻燃剂的开发。
近年来:随着科学技术的进步,纳米材料、生物技术和材料工程等领域的发展,新一代阻燃剂不断涌现。
研究人员正在努力提高阻燃效能、减少环境影响,并寻找更多适用于不同材料和应用领域的阻燃剂。
总的来说,阻燃剂的发展历程一直在不断演进,从最初的天然物质到有机阻燃剂,再到无卤素阻燃剂,不断追求更安全、更环保、更高效的阻燃技术,以满足不同领域对防火性能的需求,并保护环境和人体健康。
阻燃纤维轻化1101 0902110101 陈勇杰摘要:本文讲述了阻燃纤维的现状与发展趋势,根据纤维的用途,并对其进行改性,新型阻燃纤维有更优良的性能,发展前景广阔。
关键词:阻燃;发展趋势;性能;一、阻燃纤维的现状与发展趋势阻燃纤维是在国家“863”计划研究成果基础上开发的一种具有阻燃抗熔滴性能的高技术纤维新材料。
该产品采用新一代纤维阻燃技术——溶胶凝胶技术,使无机高分子阻燃剂在粘胶纤维有机大分子中以纳米状态或以互穿网络状态存在,既保证了纤维优良的物理性能,又实现了低烟、无毒、无异味、不熔融滴落等特性。
该纤维及纺织品同时具有阻燃、隔热和抗熔滴的效果,其应用性能、安全性能和附加值大大提高,可广泛应用于民用、工业以及军事等领域。
现在国内外市场上阻燃纤维已有几十个品种,传统加工的阻燃纤维主要是阻燃涤纶,阻燃腈纶,阻燃维纶。
随着科学技术的进步,各国新近开发生产了多种阻燃纤维,如聚间苯二甲酰间苯二胺纤维、聚酰胺一酰亚胺纤维、聚酰亚胺2080纤维、杂环聚合物聚苯并咪唑纤维(PIM2080)、酚醛纤维。
这些特种阻燃纤维的阻燃效果都比较好,在工业及特殊领域有很大的用途。
1.阻燃纤维的发展现状随着塑料、橡胶、合成纤维等聚合物材料及其制品的蓬勃发展,迅速代替了传统的钢材、金属、水泥、木材及棉麻等材料,广泛应用于工农业和军事等国民经济的各个部门,与人们日常生活息息相关。
但是这些聚合物大多数是易燃、可燃材料,在燃烧时热释放速率大,热值高,火焰传播速度快,不易熄灭,有时还产生浓和有毒气体,对环境造成危害,危及人们的生命安全。
因此如何提高聚合物的阻燃性已经成为一个急需解决的问题,而对聚合物进行阻燃处理是减少火灾的重要措施之一。
国外一些发达国家在上个世纪六十年代就纷纷制订了有关使用阻燃产品的法律和法规,各国对阻燃制品相继制定严格的实施标准。
随着人民生活与环境条件的不断改善,人们对阻燃纺织品性能要求越来越高,应投入力量和资金加大阻燃纤维的开发。
环磷腈环氧树脂阻燃体系的研究摘要:随着国家的发展越来越好,各行业的不断进步。
环氧树脂也被应用到各领域,尤其应用于复合材料领域。
也有一些应用需要修改阻燃剂。
常用的阻燃处理中,需要添加不同类型的阻燃剂以达到阻燃效果,且有时用量较大,或对材料的各项性能产生一些不利影响。
因此,研发阻燃效果更好、添加量更少的阻燃剂是一种有前景的研究方向。
关键词:环磷腈;环氧树脂;阻燃引言环氧树脂具有优异的绝缘性、耐腐蚀性、黏接性、力学性能等,已被广泛应用于各个领域,尤其在电子电器元件封装、航空航天等高新技术领域。
但环氧树脂氧指数低,属于易燃材料,不能满足一些材料所需要的阻燃要求,限制了其应用。
因此,需要对环氧树脂进行阻燃改性。
1环氧树脂1.1环氧树脂概述1891年,Lindmann用对苯二酚和环氧氯丙烷缩聚成树脂,随后用酸酐进行固化,但这种树脂并没有实际应用。
直到1930年,瑞士的PierreCastan和美国的S.O.Greenlee用多元胺对树脂进行固化,使其粘度增大,这才有了使用价值。
我国对环氧树脂的研究较晚,直到1958年,才在上海、无锡两地开启了工业化生产,但是发展缓慢。
直到70年代末期的改革开放,从国外引进了新的生产装置之后,生产才得到了飞速发展。
目前,我国已经形成了一套从学术研究到实际生产的完整工业体系。
如今,我国对高质量和高性能环氧树脂的日益扩大,而环氧树脂的研究比也不再单一化。
设计合成的具有核壳结构的环氧树脂微粒,可以实现室温冷喷涂。
用丁香酚和环氧氯丙烷合成了一种生物基的光致变色环氧树脂,可用作青铜器修复用粘合剂。
膨胀石墨(EG)填充环氧树脂,可以提高材料的导热性,当EG添加量为4.5份时,环氧树脂的导热系数提高了5倍达到了1.0W/(m·K),并且热稳定性能也有所改善,初始分解温度从218℃提高到了348℃。
合成的含叔酯四官能团环氧树脂(FETE),由于叔酯基的热降解性,使得FETE在可再生电子封装材料和可降解材料领域具有良好的应用前景。
2024年磷酸酯市场分析现状1. 概述磷酸酯是一类重要的有机磷酸酯化合物,在化工领域中有广泛应用。
磷酸酯的市场规模正在不断扩大,本文将对磷酸酯市场的现状进行详细分析。
2. 市场规模磷酸酯市场规模逐年增长,主要得益于其在多个行业的广泛应用。
根据市场研究机构的数据,磷酸酯市场的年复合增长率在过去五年内保持在5%左右。
3. 应用领域3.1 建筑领域磷酸酯在建筑领域中有广泛应用,主要用于阻燃剂和增塑剂的生产。
随着人们对建筑安全的要求不断提高,磷酸酯阻燃剂的需求也在逐年增加。
3.2 汽车制造磷酸酯在汽车制造中的应用主要体现在制动液和润滑油中。
随着全球汽车销量的增长,磷酸酯的需求也在稳步上升。
3.3 电子产品磷酸酯是电子产品中常见的塑料组分,用于制造电路板、电池等。
随着智能手机、电脑等电子产品的普及,磷酸酯市场的需求也在迅速增加。
3.4 医疗领域磷酸酯在医疗领域中主要用于医用塑料和药物制剂。
随着人口老龄化的加剧,医疗领域对磷酸酯的需求也在不断增加。
4. 市场竞争磷酸酯市场存在激烈的竞争,主要厂商包括化工巨头和一些中小型企业。
市场竞争主要集中在产品质量、技术创新和价格等方面。
5. 市场趋势5.1 绿色环保随着环保意识的增强,磷酸酯市场对绿色产品的需求也在不断增加。
未来,绿色环保将成为磷酸酯市场的主要发展趋势之一。
5.2 技术创新技术创新是磷酸酯市场保持竞争力的重要因素。
未来,随着技术的不断进步,磷酸酯的生产工艺将更加高效,产品性能也将得到进一步提升。
5.3 新兴市场在全球范围内,新兴市场对磷酸酯的需求呈现出快速增长的趋势。
这些市场的发展潜力巨大,将为磷酸酯市场带来新的增长机遇。
6. 总结磷酸酯市场目前正处于快速发展阶段。
随着应用领域的扩大和新兴市场的崛起,磷酸酯市场的规模将继续增长。
同时,绿色环保和技术创新将成为市场竞争的重要因素。
氢氧化镁阻燃剂简介氢氧化镁简称MH,分子式Mg(OH)2,分子量重.白色粉末,相对密度。
折射率。
在300℃以下稳定,320℃开始分解,生成氧化镁和水,430℃时分解速度最快,490℃时分解完结。
溶于烯酸和铵盐溶液,不溶于水、乙醇。
氢氧化镁不仅有阻燃作用,还有一眼功能,无毒、无腐蚀性,多种性能优于氢氧化铝,安全廉价,属于环保型无机阻燃剂。
阻燃机理氢氧化镁在受热时(340-490度)发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。
无机阻燃剂主要品种有氢氧化铝、氢氧化镁、红磷、氧化锑、氧化锡、氧化钼、钼酸铵、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H2O可起到隔绝空气作用,其分解后氧化物又是耐高温物质,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。
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、阻燃胶板、蓬布、PVC电线电缆料、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。
种类间比较目前国内氢氧化铝用量较多,但随着高聚物加工温度的提高,氢氧化铝易分解,降低阻燃作用,氢氧化镁较氢氧化铝具有如下优点:①氢氧化镁热分解温度达330℃,比氢氧化铝高100℃,故有利于塑料加工温度的提高,加快挤塑速度,缩短模塑时间;②氢氧化镁与酸的中和能力强,可较快地中和塑料燃烧过程产生的酸性气体SO2、NOx、CO2等;③氢氧化镁分解能高,有利于吸收燃烧热,提高阻燃效率;④氢氧化镁抑烟能力强、硬度小,对设备摩擦小,有助于延长生产设备寿命。
《生物基阻燃剂的合成及其对聚氨酯的阻燃改性研究》篇一一、引言随着对环境友好的绿色化工发展理念日益重视,利用生物基阻燃剂在各类高分子材料中的研究及应用已经成为近年来的重要趋势。
尤其是在聚氨酯材料领域,提高其阻燃性能及热稳定性的需求不断增强。
本研究着重探讨了一种新型生物基阻燃剂的合成及其对聚氨酯的阻燃改性效果。
二、生物基阻燃剂的合成生物基阻燃剂是利用可再生生物资源制备的阻燃剂,具有低毒性、环保等优点。
本研究通过生物质资源中的多酚类物质进行缩合聚合,制备了具有高纯度及优良性能的生物基阻燃剂。
合成步骤包括:1. 选择适当的生物质原料进行预处理,包括破碎、提纯和萃取等步骤。
2. 将提取的多酚类物质与具有阻燃效果的化合物进行缩合聚合反应,生成具有三维结构的阻燃剂分子。
3. 经过后续的分离纯化步骤,得到高纯度的生物基阻燃剂。
三、生物基阻燃剂对聚氨酯的阻燃改性研究1. 材料准备:将合成的生物基阻燃剂与聚氨酯材料混合,制备成不同含量的阻燃聚氨酯材料。
2. 阻燃性能测试:采用极限氧指数(LOI)测试、垂直燃烧测试和热释放速率测试等方法,对不同含量生物基阻燃剂的聚氨酯材料进行性能评价。
3. 实验结果分析:随着生物基阻燃剂含量的增加,聚氨酯材料的LOI值提高,垂直燃烧等级上升,热释放速率降低。
表明生物基阻燃剂能够有效提高聚氨酯材料的阻燃性能及热稳定性。
四、实验结果与讨论通过对实验数据的分析,我们发现:1. 生物基阻燃剂的加入显著提高了聚氨酯材料的阻燃性能。
当生物基阻燃剂含量达到一定值时,聚氨酯材料可达到较高的LOI值和垂直燃烧等级。
2. 生物基阻燃剂在聚氨酯材料中具有良好的分散性和相容性,有助于提高材料的热稳定性。
在高温条件下,生物基阻燃剂能够形成保护性炭层,减缓热量传递和材料降解速度。
3. 生物基阻燃剂的环保性能符合绿色化工发展理念,有助于降低聚氨酯材料的环境污染风险。
五、结论本研究成功合成了一种新型生物基阻燃剂,并将其应用于聚氨酯材料的阻燃改性。
阻燃剂的绿色化发展现状及趋势 高材 130140007 张凤亮 (燕京理工学院 065201 廊坊)
摘要:阻燃剂是赋予易燃聚合物难燃性的功能性助剂,主要是针对高分子材料的阻燃设计的。本文详细介绍阻燃剂的绿色化发展现状及其趋势。
关键词:阻燃剂 绿色化发展 一、引言 近几十年来,塑料 、橡胶、塑料、合成纤维等聚合物材料及其制品得到蓬勃发展,它们正迅速代替传统的钢材、金属、水泥和木材、棉等天然聚合物,广泛应用于工业、农业、军事等国民经济的各个部门。它们改善了人们的生活,已成为人们所必需。2000年仅塑料的生产量即达1.7亿吨,其体积大大超过了同年生产的钢材体积。但是大多数高聚物属于易燃、可燃材料,在燃烧时热释放速率大,热值高,火焰传播速度快,不易熄灭,有时还产生浓烟和有毒气体,对环境造成危害,对人们的生命安全形成巨大的威胁。因此,如何提高合成高聚物及天然高聚物材料的阻燃性已经成为一个急需解决的问题。此外对建筑、钢结构、电缆等的防火处理有些技术和材料也与阻燃有关。[1] 虽然阻燃材料的广泛应用对减少火灾的发生起到了一定的作用,但同时忽略了环境保护的问题,阻燃材料的使用会产生大量的烟雾和有毒气体。随着人们文化水平的不断提高,环保意识也逐渐增强,越来越重视对环境的保护,从而促进了绿色阻燃材料的研究与应用。 绿色阻燃材料又称为清洁阻燃材料,因其从设计思想、原料选择、配方设计、工艺流程到产品的保存、应用及废品处理等各个环节都考虑了环境污染问题,也就是说最大限度地减少或取消那些对人类健康、生态环境、社区安全有害的原料和生产工艺的使用,不以人的安全和环境污染为代价来提高材料的阻燃效果,所以它真正实现了低毒、低烟和无环境污染,也真正做到了从源头上阻止阻燃材料的污染。 二、阻燃剂简介
一般来讲有机阻燃具有很好的亲和力,在塑料中,溴系阻燃剂在有机阻燃体系中占据绝对优势,虽然在环保问题上“非议”多端但一直难以有其他阻燃剂体系取代。
在非卤素阻燃剂中红磷是一种较好的阻燃剂,具有添加量少、阻燃效率高、低烟、低毒、用途广泛等优点;红磷与氢氧化铝、膨胀性石墨等无机阻燃剂复配使用,制成复合型磷/镁;磷/铝;磷/石墨等非卤阻燃剂,可使用阻燃剂量大幅降低,从而改善塑料制品的加工性能和物理机械性能。但普通红磷在空气中易氧化、吸湿,容易引起粉尘爆炸,运输困难,与高分子材料相溶性差等缺陷,应用范围受到了限制。为弥补这方面不足,可采用了微胶囊包覆工艺,使之成为微胶囊化红磷。微胶囊化红磷除克服了红磷固有的弊端外,并具有高效,低烟,在加工中不产生有毒气体,其分散性、物理、机械性能、热稳定性及阻燃性能均有提高和改善。 三、阻燃机理 阻燃剂是通过若干机理发挥其阻燃作用的,如吸热作用、覆盖作用、抑制链反应、不燃气体的窒息作用等。多数阻燃剂是通过若干机理共同作用达到阻燃目的。 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,辐射到燃烧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。Al(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汽时大量吸热的特性,提高其自身的阻燃能力。 2、 覆盖作用 在可燃材料中加入阻燃剂后,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碳化层。碳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产生物进入气相参与燃烧过程。 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。 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。[2]
四、绿色阻燃材料的重要性 生态环境问题,是当今世界人类面临的中心问题之一。长期以来,人类为了追求经济的快速增长,付出的是资源耗竭、生态和环境极度破坏的高昂代价。目前世界生态环境的恶化已明显地威胁着人类的生存,世界现在正处于人类有史以来的全球性的生态环境危机中。诸如大气污染、臭氧层破坏、温室效应等全球性环境问题已引起了人类的高度重视。当今世界各国生产使用着约十万种化学品。仅美国化学工业每年就要排放约30亿吨化学废弃物(内含有约1.5千万吨化学品)进入环境。其中进入大气的约60%,土壤10%,表面水系10%和地下20%。全球每年用于废物控制、处理和埋放环保监测、达标,事故责任赔偿等的费用也成倍地增长。1992年美国化学工业用于环保的费用为1150亿美元,清理已污染地区花去7000亿元。[3] 根治环境污染的必由之路是大力发展绿色化学与技术。理想的绿色化学与技术是从源头上预防和控制污染。它选择原子经济反应,即将原料分子中的原子百分之百地转变成产物,不生成或很少生成副产品或废物,实现废物的“零排放”;工艺过程使用无毒无害的原料、溶剂和催化剂;生产环境友好产品。 目前绿色化学及其带来的产业革命已经在全世界兴起,环境友好产品已经越来越成为人们追求的目标。阻燃工业中的绿色革命也即将来临。塑料、橡胶、合成纤维等高聚物材料及其制品已广泛应用于工业、农业、军工等产业部门和人们日常生活,但这些聚合物容易燃烧造成火灾事故,火灾产生的烟和有毒气体阻碍了救援工作的进行,从而增加了人员伤命和财产的损失,同时,这些物质排放到空气中给环境带来了很大的污染。
阻燃材料中的阻燃剂的作用就是减少材料着火的机会和减慢火焰蔓延的速度。在人们对阻燃剂及阻燃材料需求量增大的同时,人们对阻燃剂及阻燃材料的性能要求也更加多面化。阻燃剂及阻燃材料本身在生产和使用过程中应是无毒害的,它应有良好的耐热稳定性、耐老化性、耐光稳定性、无腐蚀性,同时,其燃烧产物应为低烟、低毒。总之,对该绿色阻燃剂及阻燃材料的评价方法应该是,在整个生命周期(包括设计生产、销售、使用和后处理4个阶段)对4种不同的介质(生物、大气、水和土壤)都无影响或影响最小。 五、阻燃剂的应用现状
阻燃剂按所含阻燃元素可分为卤系、磷系、氮系、和无机系等几类。 3.1 卤系阻燃剂 由于卤系阻燃剂的阻燃效率相对较高,添加量相对较少,因此得到了广泛地应用。有机卤化物在气相中产生活性卤素基团,能有效地改变高聚物的热氧化过程,利用阻燃剂分解放出的HX与聚合物降解产生的H和OH自由基相互作用,使自由基浓度降低,从而延缓或终止燃烧的链反应。 使用最多的阻燃剂是具有协同效应的卤一锑系统,其中溴系阻燃剂的用量最多,主要包括十溴联苯醚、四溴邻苯二甲酚酐、四溴双酚A以及二溴新戊二醇,但溴系阻燃剂使得被阻燃基材的抗紫外线稳定性大大降低,在燃烧时存在多烟、释放有毒和腐蚀性卤化氢气体等缺点, 潜藏着二次危害。用多溴二苯醚阻燃的高聚物在燃烧时,会产生有毒致癌物多溴代二苯并二恶英和多溴代二苯并呋喃。一些欧洲国家对卤系阻燃剂的使用加以限制,力图促进阻燃材料无卤化的进程。近年来,由卤化物阻燃剂引起的环境安全问题也得到了广泛地关注。 因此,虽然卤系阻燃剂效果良好且应用很广,但它仍将被逐渐淘汰,取而代之的是更为清洁、环保的绿色产品。 3.2 无卤阻燃剂 3.2.1 磷系阻燃剂 磷系阻燃剂被加入到高分子材料中,受热时分解生成聚偏磷酸,聚偏磷酸是不易挥发的稳定化合物,在燃烧物表面形成隔离层。另外,由于聚偏磷酸脱水作用促进炭化,使表面形成炭化膜,从而起到阻燃作用。多溴代二苯并呋喃等研究发现红磷还能降低火焰中H原子的浓度,从而降低火焰的强度。磷系阻燃剂中的红磷易吸湿水解,放出有毒的磷化氢。有机磷系阻燃剂也有发烟量大、毒性大、易水解、热稳定性差等缺点。因此,磷系阻燃剂有待进一步研究。 3.2.2 金属氢氧化物阻燃剂 目前,具有使用安全性和环境安全性的无毒、无公害的无机阻燃剂得到了广泛地应用,氢氧化铝和氢氧化镁是无机阻燃剂的主要品种,它有无毒性、低烟等特点。它们由于受热分解吸收大量燃烧区的热量,使燃烧物燃烧区的温度降低到燃烧的临界温度之下,燃烧物自熄,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,生成的水受热蒸发进一步吸收潜热降低温度,同时产生大量水蒸气,稀释可燃性气体也起到阻燃作用。 氢氧化铝是其中使用最多的。在所有的阻燃剂中氢氧化铝的消耗量稳居第一,占阻燃剂总耗量的一半以上,占无机阻燃剂耗量的3/4以上。而且其使用增长的速度要远远高于其他的阻燃剂。通常人们用硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂对氢氧化铝的表面进行处理,以改善氢氧化铝作为阻燃剂的性能,提高其耐湿性、消烟性、耐热性以及与被阻燃材料的相容性和电绝缘性。氢氧化铝分解时会吸收大量的热量,使温度降低,分解出来的水蒸气可以对火焰区气体的浓度进行稀释,有利于高聚物燃烧时碳层的形成。引入氢氧化铝不仅可以使得高聚物体系中有机物的含量降低,降低可燃气体燃烧时的浓度,同时,还可以作为填料降低成本。但是氢氧化铝也有它的缺点,其阻燃效率相对比较低,必须要有较高的填充量才能使阻燃效果符合要求。如此高的填充量必定会对无机填料与高聚物力学性能和相容性产生一定的影响。因此,高效、无卤、低毒、低烟阻燃剂的开发对保护环境和人类的安全以及提高阻燃效率等都具有非常重要的意义。[4]
六、能使阻燃材料绿色化的阻燃剂
阻燃剂的选择是阻燃材料绿色化的关键。为了提高卤系阻燃剂的环保效果,改善其不足之处,低烟、低毒、无卤以及高效的新型阻燃剂的合成及其阻燃技术的研究,必定会成为高分子阻燃材料的发展方向。从阻燃剂发展的前景来看,纳米级阻燃剂、有机硅阻燃剂以及无卤的膨胀型阻燃剂具有较好的发展前景,很有可能实现阻燃材料的绿色化。 4.1 无卤的膨胀型阻燃剂 近年来,膨胀型阻燃剂受到了人们的广泛关注。膨胀型阻燃剂主要由氮和磷组成,其中不含有卤素,也不使用氧化锑作为协效剂。含有这类阻燃剂的高聚物受热时,会生成一层均匀的炭质泡沫在其表面,此层具有良好的阻燃性能,能够抑烟、隔氧、隔热,并能防止熔滴的产生。 膨胀阻燃剂的主要性质如下:①膨胀阻燃剂具有较好的热稳定性,能经受聚合物加工过程中200℃以上的高温;②由于聚合物热降解时有大量的挥发性物质放出,形成残渣,因此,该过程不能影响其膨胀发泡过程;③尽管该类阻燃剂均匀分布在聚合物体相中,但在材料燃烧时能形成一层膨胀炭层覆盖在材料的表面;④被阻燃高聚物与阻燃剂应能很好的相容,两者之间不能发生不良作用,不能对材料的物理、机械性能产生不良影响。