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帶你了解阻燃劑的分類

來源:www.actorsjumpstart.com 發(fā)布時間:2021年07月08日

      大多數(shù)高分子材料屬于易燃、可燃材料,燃燒時熱釋放速率大,熱值高,火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤欤灰紫?,有時還產(chǎn)生濃煙和有毒氣體,對人們生命財產(chǎn)安全造成威脅,因此對于電子電氣設(shè)備、家居建材等材料均有相關(guān)防火標(biāo)準(zhǔn),而添加阻燃劑是實現(xiàn)高分子材料阻燃的主要方法。

一、阻燃劑的定義

      阻燃劑又稱難燃劑、耐火劑或防火劑,是一種用以提高材料抗燃性、阻止材料被引燃及抑制火焰?zhèn)鞑サ牡闹鷦兄诜乐够馂?zāi)發(fā)生,在發(fā)生火災(zāi)時能減緩火勢蔓延,減少熱量釋放、煙霧和有毒排放物,最重要的是增加安全逃生的時間。

      阻燃劑的歷史最早可以追溯到1820年,二十世紀(jì)60年代開始,阻燃劑逐漸被大量生產(chǎn)和應(yīng)用。時至今日,阻燃劑已經(jīng)發(fā)展成為僅次于增塑劑的第二大添加劑。
阻燃劑的阻燃機理主要有:
1)吸熱作用:阻燃劑受熱分解揮發(fā)吸熱,降低可燃物表面溫度,起到阻燃作用;2)覆蓋作用:受熱后形成覆蓋層,隔熱隔氧;3)中斷鏈反應(yīng):捕捉燃燒產(chǎn)生的自由基,從而延緩或終止燃燒反應(yīng);4)不燃?xì)怏w窒息作用:受熱分解出不燃?xì)怏w,稀釋氧氣和可燃?xì)怏w濃度。

二、阻燃劑的種類


阻燃劑種類繁多,按化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為有機阻燃劑和無機阻燃劑兩大類;根據(jù)元素種類可分為鹵系、磷系、氮系、硅系、鎂-鋁系、鉬系等;按阻燃劑和被阻燃材料的關(guān)系可分為添加型阻燃劑和反應(yīng)性阻燃劑。下圖為阻燃劑的大致分類:

目前使用的阻燃劑主要有無機系、有機磷系和有機鹵系三大類,這三類阻燃劑的性能、阻燃效率、環(huán)保性及優(yōu)勢應(yīng)用等情況如下:

1、鹵系阻燃劑

鹵系阻燃劑是指以鹵素為主要阻燃成分的有機阻燃劑,自20世紀(jì)60年代開始被廣泛應(yīng)用。溴系阻燃劑是其中的代表,是目前世界上產(chǎn)量最大的有機阻燃劑之一。溴系阻燃劑在300℃下分解,能捕捉高分子材料降解反應(yīng)產(chǎn)生的自由基,從而延緩或終止燃燒反應(yīng),釋放難燃HBr氣體阻隔可燃?xì)怏w。
  • 主要產(chǎn)品:四溴雙酚A、十溴二苯乙烷等。
  • 特點:阻燃效率高,用量少,價格適中,對材料的性能影響小,但燃燒煙霧大,釋放有毒腐蝕性氣體。
圖   十溴二苯乙烷阻燃母粒,海王化工
發(fā)展?fàn)顩r:國際社會相繼出臺了POPs公約、WEEE、RoHS、REACH等法規(guī)政策,鹵系阻燃劑在環(huán)保方面日益受到嚴(yán)格限制,且由于全球溴資源的稀缺和壟斷,溴素的價格上漲較快,導(dǎo)致溴系阻燃劑的成本優(yōu)勢逐漸喪失,市場占比逐漸下降。

2、磷系阻燃劑

磷系阻燃劑包括有機磷系阻燃劑和無機磷系阻燃劑。主要特點:低毒、低煙、低鹵甚至無鹵,效率高,用量少等。

1)有機磷系阻燃劑
  • 主要產(chǎn)品:膦酸脂、磷酸酯、亞磷酸酯、有機磷鹽、氧化膦及磷-氮化合物等。

含磷化合物受熱分解的產(chǎn)物有非常強的脫水作用,能使所覆蓋的聚合物表面炭化,形成炭膜,隔絕空氣,從而達(dá)到阻燃的作用。
缺點:耐熱性較差,揮發(fā)性較大,惡化塑料的熱變形溫度。
2)無機磷系阻燃劑:
  • 主要產(chǎn)品:紅磷、微膠囊紅磷、磷酸銨鹽、聚磷酸銨(APP)等。

APP適用于膨脹型阻燃體系中,主要用于聚烯烴、聚氨酯泡沫、涂料等阻燃。


3、金屬氫氧化物


以氫氧化鋁、氫氧化鎂為主,是集阻燃、抑煙、填充三大功能于一身的阻燃劑。主要特點:無毒、無腐蝕、穩(wěn)定性好,不產(chǎn)生有毒氣體、抑煙等。
1)氫氧化鋁
氫氧化鋁,簡稱ATH,具有阻燃、抑煙和填充功能,無毒,價格低廉,是無機阻燃劑中最主要的一種。ATH在250℃左右開始脫水吸熱,并在材料表面生成氧化鋁,抑制材料燃燒。可用于彈性體、熱固性樹脂及熱塑性塑料等。
 超細(xì)高白氫氧化鋁,中超股份
2)氫氧化鎂
氫氧化鎂是目前發(fā)展較快的一類添加型阻燃劑,低煙無毒,能中和燃燒過程中的酸性、腐蝕性氣體。氫氧化鎂分解溫度比ATH高,為350~400℃,適用于加工溫度較高的工程塑料。但由于氫氧化鎂會催化樹脂分解,因此一般不能用于熱塑性聚酯樹脂。
由于無機氫氧化物的阻燃效率低,一般添加量較高達(dá)50%~70%,影響了材料性能,因此需進行表面處理等提高其與材料的相容性。

4、硼酸鋅

硼酸鋅具有阻燃、抑煙、成炭、抑陰燃和防止熔滴生成等多種功能。價格低廉,無毒無刺激,此外不影響材料的強度、伸長率及熱老化等。硼酸鋅可單獨使用,也可與有機鹵化物、三氧化二銻協(xié)同使用,阻燃效果更好。

5、三嗪系阻燃劑

三嗪系阻燃劑主要是三聚氰胺及其衍生物,具有多重反應(yīng)功能,優(yōu)異的熱穩(wěn)定性,阻燃效果好,與聚合物相容性好等特點。
  • 主要產(chǎn)品:三聚氰胺、三聚氰胺氰脲酸鹽(MCA)、MPP、MP等。
三聚氰胺及衍生物適用于膨脹型阻燃體系中,主要用于膨脹阻燃尼龍。

6、膨脹型阻燃劑

1)磷-氮系膨脹型阻燃劑
磷-氮系阻燃劑是以磷、氮為主要成分的阻燃劑,其阻燃效果好,發(fā)煙量小,有毒氣體生成量小。磷-氮系阻燃劑在受熱時,形成多孔層,可隔熱隔氧,釋放的水蒸氣和氨氣可發(fā)泡炭層,有利于阻燃。目前應(yīng)用最廣泛的磷-氮系膨脹型阻燃劑是三聚氰胺、APP、PER系統(tǒng)。

2)可膨脹石墨
可膨脹石墨是由天然石墨經(jīng)濃硫酸酸化處理,然后水洗、過濾、干燥后在900~1000℃下膨化制得??膳蚧捏w積隨著溫度升高膨脹數(shù)百倍,在高聚物表面形成炭層,隔離熱源,膨脹過程中大量吸熱,并釋放夾層中酸根離子,促進脫水碳化,結(jié)合燃燒產(chǎn)生的自由基,抑制鏈反應(yīng)??膳c磷化合物、金屬氧化物復(fù)合使用,產(chǎn)生協(xié)同作用,加入很少量即可達(dá)到阻燃目的。
日益嚴(yán)格的防火安全標(biāo)準(zhǔn)以及塑料應(yīng)用的快速增長,使阻燃劑的市場呈增長趨勢。然而我國強制性阻燃標(biāo)準(zhǔn)較少,阻燃技術(shù)相對落后,目前仍以溴系阻燃劑為主。受國外禁止或限制部分溴系阻燃劑使用的影響,國內(nèi)無鹵、高效、低毒、低煙的阻燃劑發(fā)展迅速,交聯(lián)、超細(xì)化、微膠囊化、表面改性、復(fù)配協(xié)同等阻燃劑新技術(shù)成為研究熱點。

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