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            新聞資訊

            讀懂反應型阻燃劑!包含其阻燃機理及應用

            作者:恒碩化工 時間:2024-01-02 09:56:00

            隨著科學技術的進步,高分子材料已經被廣泛應用于人類社會的許多領域,然而高分子材料容易燃燒,這就限制了其產品的應用范圍。在生產過程中添加阻燃劑,能夠提升高分子材料的耐高溫、耐燃性,也是制備阻燃型高分子材料的主要方法。

            根據使用原理的差異,阻燃劑可分為添加型阻燃劑和反應型阻燃劑。添加型阻燃劑通常以物理方式摻入聚合物中,使用起來經濟方便,但是它一般與聚合物相容性較差,需較大的添加量才能達到較好的阻燃效果,并且存在降低高分子材料機械性能的缺陷。

            與添加型阻燃劑的原理不同,反應型阻燃劑能與單體形成共聚物或者對高分子進行接枝反應,因此可使材料具有持久阻燃性。而且反應型阻燃劑對高分子材料的機械力學性能影響較小,只需少量就能達到較好的阻燃效果,是目前阻燃劑的熱門課題。


            一、

            反應型阻燃劑的阻燃機理

            高分子材料的燃燒過程是一種具有多相反應化的復雜過程,既伴隨著物理變化,又存在著化學變化。反應型阻燃劑在不同的阻燃體系中表現出了不同的阻燃機理,這是由于阻燃劑自身的成分差異以及不同聚合物的材料特性造成的。但就一般情況而言,反應型阻燃劑的阻燃機理可以劃分成氣相機理和凝聚相機理兩類。


            01 氣相機理

            與燃燒過程相對應,反應型阻燃劑的氣相阻燃機理既包括物理作用也包括化學反應的作用,更多的是兩者起到的協同作用。

            物理作用主要表現在部分反應型阻燃劑能夠吸收環境中的熱量發生分解并釋放出如氮氣、氨氣和二氧化碳等不可燃氣體,這些氣體通常能夠稀釋聚合物材料裂解處或者火焰中心區域的可燃性氣體,使其濃度降低到燃燒極限之下,從而達到阻止材料繼續燃燒的目的。

            有時一些不可燃性氣體還具有散熱的作用,可以降低周圍環境的溫度?;瘜W作用則主要體現在自由基的捕捉機理上,比如有的磷系阻燃劑能夠在溫度較高的環境中釋放出相關的自由基與有助于燃燒進行的H.和OH.發生反應,在這種情況下就可以阻止燃燒的鏈反應,較大幅度地減少火焰釋放的熱量。


            02 凝聚相機理

            反應型阻燃劑的阻燃機理在凝聚相有著多種作用模式,一般成炭作用是較為普遍的模式。反應型阻燃劑通常能夠較大幅度地增加聚合物的成炭量,特別是含氧高分子,如環氧樹脂、纖維素等。

            炭層一般形成于氣相和凝聚相的邊界區域,具有較好的保護作用,可以看作是一道保護屏障,阻止空氣中的氧傳送和熱量輸送,達到抑制可燃性氣體產生的效果。以阻燃劑在棉織物上的應用為例,其在凝聚相中使纖維大分子鏈的熱裂解反應歷程發生變化,并促進了脫水、交聯等反應的進行,逐漸形成炭層,在此過程中增加了碳殘渣量并且可燃性氣體的量也有所減少。

            反應型阻燃劑不僅能夠增加碳殘量,還可以促進碳的抗氧化,阻止碳被完全氧化成二氧化碳,從而減少氧化作用所釋放的熱量。除成炭作用外,反應型阻燃劑在凝聚相的作用模式較為復雜,還包括自由基抑制、熔融高分子黏度影響機制以及表面涂層作用等方面。

            通常情況下,反應型阻燃劑在阻燃材料中的主要作用是在聚合物燃燒時生成不可燃氣體,稀釋可燃氣體的濃度,有效降低材料在燃燒和分解時的熱效應,并且增加炭化作用的量,阻礙氧和熱量的傳遞。此外,有的高分子材料在經反應型阻燃劑處理后,其引燃溫度有著較大幅度地提高,也達到了阻燃的效果。


            二、反應型阻燃劑的應用

            01  環氧樹脂

            環氧樹脂(EP)是一類分子結構中含有兩個或以上環氧基團的有機高分子聚合物。其具有優異的力學性能與靈活的加工工藝,可與多種類型的固化劑發生交聯反應,形成具有優良的絕緣性能和化學穩定性的高聚物,在黏合劑、澆注料等領域得到廣泛應用。但由于環氧樹脂的阻燃性較低,一般情況下需要對其進行阻燃改性來滿足特殊工藝技術的要求。

            02 聚氨酯

            聚氨酯(PU)是由氨基甲酸酯連接的有機單元組成的聚合物,具有較為良好的抗噪、隔熱、耐磨等多項優異性能。在未經阻燃處理的情況下,聚氨酯材料的極限氧指數(LOI)約為18%,容易燃燒并釋放大量熱量和對人體有害的有毒氣體。

            反應型阻燃劑一般是通過接枝反應把帶有阻燃功能的基團引入到聚氨酯分子結構中,以此來提高聚氨酯材料在高溫環境中的阻燃效果和熱穩定性。

            03 棉織物棉織物因其舒適性和透氣性而被廣泛應用于服裝與裝飾行業,然而它的熱穩定性較差,可能會在日常生活中引起火災。因此,對棉織物改性從而獲得阻燃性并且提高熱穩定性是非常有必要的。大量研究表明,在棉纖維中加入阻燃劑是降低其易燃性的一種簡單有效的方法。

            04 阻燃紙紙制品由于重量輕成本低等優點被廣泛應用于包裝、建筑、裝修、農業和日用品行業,但是大部分紙張通常是由纖維抄造而成的,由于其易燃特性,常易引發火災,從而造成較大的經濟損失。因此賦予紙張優異的阻燃性對于減少火災發生量、擴大紙制品的應用范圍具有重要意義。一般情況下,紙用阻燃劑不僅會對紙張的阻燃性能產生重要影響,也會對其機械性能產生較大的影響。添加型與反應型阻燃劑均可應用于阻燃紙的制備過程中。但是由于原理的差異,添加型阻燃劑通常只需將其添加于紙漿中,或利用涂布、浸漬等物理方法來處理紙張表面,通過這種方法所制得的阻燃紙耐久性較差。

            由于高分子材料在市場上的廣泛應用,阻燃劑的開發利用已經得到了較大程度的發展。但隨著社會環保意識的日益增強,人們開始不斷追求阻燃效果好、無毒無害以及低用量的環保型阻燃劑。反應型阻燃劑能夠以化學反應的方式引入到高分子材料中,與添加型阻燃劑相比,它具有低毒環保、低量的優點,并且不會對材料的機械性能造成較大影響,越來越受到市場的歡迎。

            但是由于工藝設備與生產方式的制約,目前反應型阻燃劑也存在著制備成本高以及難以大規模生產的局限性,解決問題的關鍵是如何利用價格相對低廉的原材料進行研發以及逐步探索出一套成熟完善的工業生產方法。此外,還需要利用先進的科技手段對阻燃劑的阻燃機理進行更加深入的研究。


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