阻燃剂:配方类型和操作原理
2024-05-26

用于化合物阻燃剂可分为作用机制和物质性质。一般而言,这些是密切相关的:作用机制是化学物质性质的结果。

  1. 吸热型矿物阻燃剂。基本上,本类包括都天然和人工物质,如氢氧化镁。有效运行所需的矿物阻燃剂用量超过 50-60%。
  2. 含卤素有机化合物。含氯和溴添加剂就属于这一类含氟添加剂可用于滴控制,但不能用作主阻燃剂,是因为其过于稳定,勉强进入任何自由基清除反应。含碘的化合物经常热和光不稳定,而且价格很昂贵,因此,其在这一方面没有广泛的使用。
  3. 含氮和磷的化合物。该类包括会产生磷酸的物质(分解后)、其有助于在化合物中所存在功能团的情况下形成焦炭。
  4. 增效剂。几乎每种阻燃剂都有能增强其作用的物质。这种添加剂被称为增效剂。氧化锑和硼酸锌是含卤阻燃剂最常见的增效剂。

阻燃剂工作原理。

所有的阻燃剂都用于解决同一个问题,就是有效的抑制燃烧和火势蔓延。

不过,不同性质的阻燃剂有不同的工作原理。让我们考虑一下所列阻燃剂的燃烧过程和基本作用原理。启动燃烧需要可燃物质跟氧化剂和能源接触。当温度高而氧气量充足时,稳定的火焰才会发生。 也是说,为了停止材料燃烧,必要降低温度并断氧气供应。

这恰恰是阻燃剂的作用的所在。取决于化学成分,其可以抑制固态或气态燃烧的不同过程。一般来说,要抑制燃烧的话,必须同时从两个方面采取行动。

过程

矿物阻燃剂当加热时开始分解,释放出水蒸气和二氧化碳,这些进入气态后会降低氧气浓度。同时,硬质剩余物质会在燃烧的化合物表面形成一层壳,就是焦炭,其就像壁垒,阻止空气和热量进入未燃烧材料。最后,当其分解时,会吸收热量,从而降低燃烧区的温度,减慢燃烧过程。

卤素阻燃剂在气相中起作用:它们能 “抓住” 化合物链降解形成的自由基,防止其与化合物进一步发生链反应,并将其从反应区中清除 – 抑制链降解的自由基反应。

因此,它们可以用于容易形成焦炭的化合物,或跟增效剂一起在固相中使用(或增强其在气相中的作用)。

含磷阻燃剂在分解过程中会释放出磷酸,磷酸“攻击”化合物链中的氧,形成焦炭。显而易见, 在没有氧气情况下,这种阻燃剂没有用。 因此,其最常用于产生酸的膨胀系统的组成部分。

阻燃剂的使用

地球的年平均气温每年上升一度。全世界与天灾相关的火灾数量在日益增加。人为火灾仍占很大比例。财产损失和人员伤亡强调使用防火材料的重要性。

电缆、木材、金属制品、 织物和塑料等各种材料都需要使用阻燃剂。木材和塑料仍然是最易燃的材料,因此建筑和其他方面对其使用的规定也逐年越来越严格。

用于化合物的阻燃剂

化合物仍然是最易燃的材料之一 。其很容易点燃,并火焰蔓延速度快。化合物的火灾危险性由以下因素决定:

  • 其释放热量
  • 其烟雾的速度
  • 其保持特性的能力 (遇火时)

化合物燃烧的原因在于其化学成分,特别是含有的碳氢链 – 因为碳氢链是很好的燃料。加热时,大分子破坏,从而形成不饱和键,这些物质最容易发氧化反应 (放热效应),即燃烧。使用阻燃剂的目标在于降低化合物的点燃和火势蔓延能力。为此,在生产化合物阶段时,阻燃剂就引入到配方。以后,这种化合物是最终产品的原材料,如:电缆、护墙板、电气安装产品的主体等。此外,还有用于塑料表面处理的配方。

矿物阻燃剂大量引入到化合物  — 重量50%以上。那么多填料用量会脆化化合物,因此,作为基料必须使用更弹性的化合物如乙烯-醋酸乙烯、乙烯-己烯、乙烯-辛烯、乙烯-丙烯共聚物。甚至在填充量为 70-80% 的情况下,其仍然能保持弹性。

卤素阻燃剂总是与增效剂结合使用,否则其用量过高。取决于化合物基质,其引入量从 15%到 30%不等,包括3-5%的增效剂氧化锑和硼酸锌。卤素阻燃剂也可以与矿物阻燃剂结合使用,以减少卤素的含量,是因为卤素被认为是有毒的,会对人体健康有害。

含磷阻燃剂可用于含氧功能的化合物或作为膨胀系统组成部分。聚磷酸铵和以聚磷酸铵为基础的系统最普遍。其用量比较小,从 10% 到 25% — 这样就可以保持化合物的机械性能。

阻燃剂的特性。选择时应注意什么。

选择阻燃剂是一项负责任的决定,直接影响到人类安全。为解决这个问题,必须充分了解要实现的目标。

选择阻燃剂时应该注意以下几点:

 聚合物基质;

 加工温度和工作温度;

 使用寿命;

 耐水和其他介质;

 要求对抗火程度和燃烧产物毒性;

 要求对产品的物理和机械性能。

阻燃剂是化合材料生产过程中的必不可少的,最重要成分之一。我们建议在特殊领域依靠使用特定阻燃剂的经验,并考虑其缺点和优点。

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