【塑料視野】阻燃=不燃？高分子材料如何進行阻燃改性？

Writer： admin Time：2018-09-21 22:26 Browse：℃

　　阻燃=不燃?

　　很多不了解阻燃的朋友會有這樣的概念：阻燃就是讓材料不燃。其實并非如此，阻燃是在聚合物材料的燃燒過程中阻止或抑制其物理或化學變化的速度的過程。塑料阻燃是由劃分等級的，塑料阻燃等級是由HB、V-2、V-1向V-0逐級遞增的，比V-0等級高的阻燃等級還有5V、5VB、5VA。阻燃的等級如下：

　　HB厚度<3mm的水平試樣緩慢燃燒，燃燒速度<76mm/min

　　V-2垂直試樣在30秒內停止燃燒;允許有燃燒物滴下

　　V-1垂直試樣在30秒內停止燃燒;不允許有液滴

　　V-0垂直試樣在10秒內停止燃燒;不允許有液滴

　　不是阻燃等級越高越好呢?一般來說，人們會這么覺得，而且希望阻燃級別達到最高。但是實際情況并不隨人愿。首先，現有的阻燃測試方法存在局限性，得到的結論也是相對的。再者，一些應用條件下，阻燃等級低的塑料反而要好。例如，在某些電器制品上，要求材料具有抗電弧點燃性，此時如果使用V-2級別的塑料會優于V-0等級的塑料。為什么呢?這是因為V-2級別的塑料不會在電作用下形成導電而結焦，從而降低了著火的可能性，V-0等級塑料反而存在著火可能性。所以實際應用需要綜合考慮。

　　高分子材料阻燃機理

　　聚合物的燃燒是一個非常激烈復雜的熱氧化反應，具有冒發濃煙或熾烈火焰的特征。燃燒的一般過程是在外界熱源的不斷加熱下，聚合物先與空氣中的氧發生自由基鏈式降解反應，產生揮發性可燃物，該物達到一定濃度和溫度時就會著火燃燒起來，燃燒所放出的一部分熱量供給正在降解的聚合物，進一步加劇其降解，產生更多的可燃性氣體，火焰在很短的時間內就會迅速蔓延而造成一場大火。

　　阻燃劑是通過若干機理發揮其阻燃作用的，如吸熱作用、覆蓋作用、抑制鏈反應、不燃氣體的窒息作用等。多數阻燃劑是通過若干機理共同作用達到阻燃目的。

　　1、吸熱作用

　　燃燒過程中放出的熱量加熱了原料，使其很快達到燃點，吸熱阻燃的原理就是材料燃燒過程中需要吸收大量的熱量，這樣就能減低材料升溫的過程，這樣氣化的可燃分子裂解的自由基就很難達到燃點，從而一定程度上抑制了燃燒的進行。

　　如：Al(OH)3阻燃劑的阻燃機理就是通過提高聚合物的熱容，使其達到熱分解溫度前吸收更多的熱量，從而提高其阻燃性能。這類阻燃劑充分發揮其結合水蒸汽時大量吸熱的特性，提高其自身的阻燃能力。

　　2、覆蓋作用

　　材料燃燒時產生的高溫使阻燃劑形成玻璃狀或穩定泡沫覆蓋層，隔絕氧氣，這樣就既隔熱、隔氧，又阻止可燃氣體外逸，從而達到阻燃的目的。有機磷腈類阻燃劑受熱時發生交聯或形成碳化層。這樣一方面能阻止聚合物進一步熱解，另一方面能阻止其內部的熱分解產生物進入氣相參與燃燒。

　　3、抑制鏈反應作用

　　根據燃燒的鏈反應理論，維持燃燒所需的是自由基。阻燃劑可作用于氣相燃燒區，捕捉燃燒反應中的自由基，從而阻止火焰的傳播，使燃燒區的火焰密度下降，最終使燃燒反應速度下降直至終止。

　　如：含鹵阻燃劑，它的蒸發溫度和聚合物分解溫度相同或相近，當聚合物受熱分解時，阻燃劑也同時揮發出來。此時含鹵阻燃劑與熱分解產物同時處于氣相燃燒區，鹵素便能夠捕捉燃燒反應中的自由基，從而阻止火焰的傳播，使燃燒區的火焰密度下降，最終使燃燒反應速度下降直至終止。

　　4、不燃氣體窒息作用

　　阻燃劑受熱時分解出不燃氣體，將可燃物分解出來的可燃氣體的濃度沖淡到燃燒下限以下。同時也對燃燒區內的氧濃度具有稀釋的作用，阻止燃燒的繼續進行，達到阻燃的作用。

　　阻燃劑分類

　　按阻燃劑和被阻燃材料的關系，阻燃劑可以分為添加型和反應型兩大類。前者只是以物理方式分散于基材中，多應用于熱塑性高聚物。后者主要作為單體或者是輔助試劑參與高聚物的合成反應，最后成為高聚物的結構單元，多應用于熱固性高聚物。

　　按阻燃元素分類，常用的阻燃劑分為鹵系、磷系、氮系以及鹵-磷系、磷-氮系、銻系、鎂-鋁系、硼系、硅系、鉬系等等。還有一類是膨脹型阻燃劑，它們大多是磷-氮化合物的復合物;以及一種納米無機物，主要是層狀硅酸鹽;后者能與一系列的高聚物構成具有阻燃性的高聚物/無機物納米復合材料。

　　如何選擇阻燃劑

　　阻燃劑的種類非常多，其阻燃效果也各有千秋。不同聚合物材料選擇阻燃劑不同，但基本的要求是一致的。

　　1、阻燃效率高，效能/價格比高;

　　2、生態環保要求嚴格，故應具備下述生態和環保特點：

　　(1)對人、動植物無害;

　　(2)難遷移;

　　(3)熱裂解或燃燒時釋放出來的有毒及腐蝕性氣體(包括煙塵)等量要少;

　　(4)易回收，不惡化或者較小惡化機械回收產品的性能;

　　(5)與環境相容。

　　3、與被阻燃基材的相容性好;

　　4、熱穩定性好，分解溫度最好在250℃~400℃間為宜;

　　5、對被阻燃基材的加工性能和物理機械性能影響小;

　　6、具有一定的光穩定性;

　　7、原料來源充足，價格可為下游用戶接受。

　　一個理想的阻燃劑最好能同時滿足上述條件，但這實際上幾乎是不可能的，所以選擇實用的阻燃劑時，大多是在滿足基本要求的前提下，在其他要求間折衷和求得最佳的綜合平衡