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阻燃剂定义分类及阻燃机理

2014-04-16 09:53阅读:
广东铨盛化工
一.定义:
能够增加高分子材料耐燃性的助剂叫阻燃剂。按应用方式分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂。阻燃剂是高分子材料加工的重要助剂之一, 其功能是使高分子材料具有难燃性、自熄性和消烟性。

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二.阻燃剂的分类

阻燃剂根据不同的划分标准可分为:
(1)按所含阻燃元素可将阻燃剂分为卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、磷一卤系阻燃剂、磷一氮系阻燃剂、硅系等几类。

(2)组分的不同可分无机盐类阻燃剂、有机阻燃剂和有机、无机混合阻燃剂三种。

(3)使用方法的不同可把阻燃剂分为添加型和反应型

(4) 按组成有无卤素可分为
有卤阻燃剂和无卤阻燃剂

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三.阻燃主要机理

1.保护膜阻燃机理
阻燃剂在燃烧温度下形成了一层不燃烧的保护膜,覆盖在材料上,隔离空气而阻燃。这又分为两种情况。
1.1 玻璃状薄膜
阻燃剂在燃烧温度下的分解成为不挥发、不氧化的玻璃状薄膜,覆盖在材料的表面上,隔离空气(或氧),从而达到阻燃的目的。如使用卤代磷作阻燃剂就是这种情况。

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硼酸和水合硼酸盐都是低熔点的化合物,加热时形成玻璃状涂层,覆盖于聚合物之上。


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当温度高于325℃时,B2O3软化形成玻璃状物质。
FB阻燃剂即硼酸锌2ZnO·3B2O3·3.5H2O,这是目前使用最广泛的硼阻燃剂。它在300oC以下稳定,在300℃以上释出结晶水,吸收大量热能,最终生成B2O3玻璃状薄膜,覆盖于聚合物上,起到隔热排氧的功能。
1.2 隔热焦炭层
阻燃剂在燃烧温度下使材料表面脱水炭化,形成一层多孔性隔热焦炭层,从而阻止热的传导而起阻燃作用。
阻燃剂定义分类及阻燃机理
实验中发现,生成的焦炭量在一定范围内与磷的含量呈很好的线性关系,生成的焦炭呈石墨状,焦炭层起着隔绝内部聚合物与氧的接触,使燃烧窒息的作用。同时焦炭层导热性差,使聚合物与外界热源隔绝,减缓热分解反应。


2.不燃性气体阻燃机理
阻燃剂能在中等温度下立即分解出不燃性气体,稀释可燃性气体和冲淡燃烧区氧的浓度,阻止燃烧发生。

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HX是难燃性气体,不仅稀释空气中的氧,而且其相对密度比空气大,可替代空气形成保护层,使材料的燃烧速度减缓或熄灭
硼系阻燃剂,如硼酸、水合硼酸盐、FB阻燃剂等,加热时脱去水分,稀释空气中的氧,抑制燃烧反应。氮阻燃元素,如(NH2)HPO4NH4H2PO4(NH4)2SO4等,主要以受热形成的H2SO4起脱水碳化催化剂作用,同时释放出的氨气为难燃性气体,氨稀释空气氧的浓度,起到阻燃作用。

3.冷却阻燃机理
阻燃剂能使聚合物材料的固体表面在较低温度下熔化,吸收潜热或发生吸热反应,大量消耗掉热量,从而阻止燃烧继续进行。此类阻燃剂的代表有氢氧化铝和氢氧化镁。
氢氧化铝即三水合氧化铝。当温度在200℃以内时,水合分子与氧化铝结合非常紧密,不易释出,此时外部加入的热量由于聚合物本身的熔化而吸收消耗掉,氢氧化铝仅作为填料存在于塑料中,当温度升到大于250℃,氢氧化铝发生分解,吸收大量热量,并生成水。
产生的水汽化,亦需吸收大量潜热,从而降低聚合物温度,减缓和阻止燃烧。
氢氧化镁与氢氧化铝类似,在340℃左右开始吸热分解反应,分解反应生成的水吸收大量热能,降低温度,达到阻燃效果。


阻燃剂定义分类及阻燃机理


4.终止链锁反应阻燃机理

阻燃剂的分解产物易与活性游离基作用,降低某些游离基的浓度,使作为燃烧支柱的链锁反应不能顺利进行
聚合物燃烧时,一般分解为烃,烃在高温下进一步氧化分解成HO·游离基,HO·的链锁反应使得火焰燃烧持续下去。

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因此,如能将发生链锁反应的HO·游离基除去,则能有效地防止燃烧。
由于在上述众多的游离基中,HO·游离基能量很高,反应速度很大,所以燃烧速度取决于OH·的浓度大小。当有含卤阻燃剂存在时,由于它在燃烧温度下分解产生卤化氢HX,而HX能捕获高能量的OH·游离基,并生产X·和H2O,同时X·与聚合物分子反应生成HX,又可用来捕获HO·,如此循环下去,即可将HO·促成的链锁反应切断,这就终止了烃的燃烧,达到阻燃的目的。

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5 .加速成碳机理
该类阻燃机理主要针对磺酸盐系列阻燃剂在PC中的应用,阻燃剂在PC中,燃烧时能促进CO2H2O的释放,促进酚类物质的生成,促进脂肪族和芳香族化合物的产生,加快PC分子的成炭速率,促使聚合物分子交联。
特点:添加量小,高效。
代表性产品:FR-5100(美国编号2025), KSS , FR-SPSK, FR-200N
如有需要 请联系 郝生 QQ:2850330199 Tel:13922964528

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