红磷阻燃进阶—包覆红磷

2016-03-22 18:02阅读：

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我们看古装剧的时候，有时会有打更的出现，手拿铜锣，边打边扯着嗓门喊“天干物燥，小心火烛”。从古至今，发生的天灾人祸里面，火灾无疑是最让人惧怕的，俗话说“水火无情”，一旦发生灾祸，后果难以预料。然而，随着科技的进步，人类发明的蓬勃发展，在对抗火灾方便取得了巨大的进步，其中，阻燃剂是当今对抗火灾效果最为显著的武器之一。我们之前介绍了红磷作为的阻燃剂的特点和一些缺陷（参看本网博客文板块文章《红磷与阻燃剂》），今天主要介绍一下红磷的阻燃机理以及克服其缺陷的办法（微胶囊技术）。

红磷的阻燃机理

红磷在受热时被氧化生成P2O5，在有水条件下氧化磷会迅速转化为生成H3PO2、H3PO3、H3PO4等。所以红磷的阻燃过程，跟它受热之后所发生的反应有关，其阻燃机理也不会脱离主流的防火阻燃机理。
红磷的阻燃机理一般认为与有机磷系阻燃剂的阻燃机理有相似之处。当

它的温度达到400℃ ~450℃下，红磷解聚形成白磷，后者在水气存在下会被迅速氧化为具有粘性的含氧酸，这类酸在覆盖基材表面的同时，又可在材料表面加速脱水炭化，形成的液膜和炭层则可将外部的氧、挥发性可燃物和热与内部的基材隔开，从而让燃烧无以为继，最终燃烧中断。此外，有研究者提出，红磷在凝聚相可与高聚物或高聚物碎片作用而减少挥发性可燃物的生成，相当于红磷充当了捕获剂的作用，将可燃物捕获，燃烧自然就会停止。某些含磷的物系也可能参与气相反应而发挥阻燃作用。红磷的阻燃机理似乎与被阻燃高聚物有关，当其应用于不同基材时，其阻燃剂机理会略有不同。

微胶囊技术与包覆红磷

包覆红磷又叫微胶囊化红磷，其目数可达到800~1000目，使用不同的囊材对红磷进行微胶囊化处理，即可获得包覆红磷。当然，微胶囊化技术并非是包覆红磷的专属，该技术（microencapsulation，MC）作为化学品的特种包覆技术，最早用于无碳复写纸，后来广泛地用于医药、农药、香料、颜料、食品及化妆品等领域，到二十世纪末，微胶囊化技术开始应用于阻燃剂领域。微胶囊制备方法从原理上大致可以分为物理方法、化学方法和物理化学方法三类。具体有喷雾干燥法、空气悬浮法、静电沉淀法、离心挤压法、相分离法、粉末床法、干燥浴法（复相乳液法）、沉积凝聚法、接枝聚合法和原位聚合法等。
阻燃剂微胶囊化的制备原理是将阻燃剂在机械搅拌和分散剂的作用下迅速均匀悬浮在液相中，用合适的囊材在其表面通过物理或化学的方法形成微米级厚度的致密囊壁，使阻燃剂免受外界环境如热、光、氧气、水气、酸、碱等的影响。对阻燃剂微胶囊来说，囊壁可耐聚合物加工的高温和压力，且不能与包裹的阻燃剂发生化学反应，当制品一旦遇火受高热时，囊壁能立即熔融破裂，从而释放阻燃剂，达到阻燃的目的。

红磷阻燃进阶—包覆红磷

微胶囊化的水
红磷经微胶囊化处理后，消除了红磷单独作为阻燃剂使用的一些缺点，不过，对于不同公司生产的包覆红磷，由于囊材跟技术的差异，其产品质量还是有相当大的差别。总体来说，包覆后的红磷，一是消除红磷在贮运、生产、加工过程中的隐患；二是白度化，淡化（并非消除）红磷的颜色，拓宽红磷的应用范围，由于颜色问题，包覆红磷也主要用于深色基材或对颜色要求不高的阻燃添加，在电缆方面应用比较广泛；三是改善与基材的相容性，减小对基材力学性能的影响；四是通过对囊材的选择，实现多种阻燃元素（阻燃剂）的复配，提高阻燃抑烟效能。

附：聚合物（塑料、橡胶、有机玻璃、织物等）的阻燃途径：
对聚合物材料来说，一般采用两种途径进行阻燃：一是通过改变聚合物结构的方法提高聚合物材料本身的耐热性，在聚合物分子链上引入有阻燃作用的基团或者与其它能阻燃的单体进行共聚；第二个途径是直接向聚合物中添加阻燃剂。其中，第一种途径所指的是反应型阻燃剂阻燃聚合物，阻燃剂作为聚合物单体或辅助试剂参与合成反应，成为聚合物的结构单元，但其复杂的制备工艺，高昂的成本，使得这种方法应用得较少；第二种途径中阻燃剂只以物理方式分散在聚合物中而不与聚合物本身发生化学反应，这种方法简单，成本低，应用范围广，是当前对聚合物材料进行阻燃的主要方法。
参考资料：
1. 百度图片
2. 好磷网—磷字典
3. 好磷资讯
4. 《微胶囊红磷阻燃剂的制备、应用及阻燃抑烟机理研究》熊联明

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