高分子助剂介绍.ppt

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6.8 阻燃剂 一.概述 随着合成材料工业的发展,大量合成树脂用于建筑、交通、电器、航空、日用生活品等领域以后,由于有机树脂类化合物是可燃的,因而人们逐渐对材料的阻燃问题提出了越来越迫切的要求。采用阻燃剂的目的是使可燃性材料称为难燃性。 1、 阻燃剂的发展史 早在公元前83年,Claudius年鉴记载.在希腊港Pracus的围攻中所使用的本质碉堡用矾溶液(铁和铝的硫酸复盐)处理,目的是防燃,这是阻燃技术在实践中的首次使用。 1735年,Wyld发表了一篇英国专利,用明矾、硼砂、硫酸亚铁混合物使纤维纺织品和纸浆等阻燃,这是关于阻燃剂的第一篇专利。 1820年,盖—吕萨克受法国国王路易十八的委托,为保护巴黎剧院幕布而研制阻燃剂,他发现磷酸铵、氯化铵、硼砂等无机化合物对纤维的阻燃非常有效,他还发现上述某些化合物的混合体系可提高阻燃性,他是最早对织物阻燃进行系统研究的科学家。 2、阻燃剂的概念 能够增加材料耐燃性的物质叫阻燃剂,是提高可燃性材料难燃性的一类助剂。 3. 阻燃剂的分类 (1)按化合物的种类分类 阻 燃 剂 有 机 阻 燃 剂 无 机 阻 燃 剂 磷 系 磷+ 氮系 磷+ 卤素系 氮 系 卤 素 系 其 它 硼化合物 三氧化二锑 氢氧化铝 其它 二. 聚合物的燃烧和阻燃剂的作用机理 1. 聚合物的燃烧 燃烧的三要素:物质具有可燃性、温度达到着火点、和氧气接触。 燃烧过程: (1)加热阶段 (2)降解阶段 (3)分解阶段 (4)点燃阶段 (5)燃烧阶段 橡胶的燃烧 2. 聚合物燃烧性 燃烧速度 氧指数 燃烧速度是指试样单位时间内燃烧的长度,燃烧速度是用水平燃烧法和垂直燃烧法等来测得。 氧指数是指试样像蜡烛状持续燃烧时.在氮—氧混合气流中所必须的最低氧含量。 氧指数(OI)可按下式求出: 氧指数愈高.表示材料燃烧愈难。 以氧指数0.21 为可燃性和不可燃性的分类标准。 (1)保护膜机理(盖层理论) 玻璃状薄膜 隔热焦炭层 3. 阻燃剂的阻燃机理 (2)不燃性气体机理(稀释作用) (3) 冷却机理(吸热效应) (4)终止链锁反应机理(抑制效应) (5)协同作用 (6)转移作用 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。 阻燃剂的复配是利用阻燃剂之间的相互作用,从而提高阻燃效能,称为协同作用体系。常用的协同作用体系有锑一卤体系,磷一卤体系,磷一氮体系。 阻燃剂的存在改变了聚合物的热分解模式,使其直接热解生成炭。 三. 阻燃剂的主要品种 1. 溴系阻燃剂 阻燃机理: 溴系阻燃剂的C-Br键的键能较低,大部分溴系阻燃剂在200℃~300℃下会分解,此温度范围正好也是常用聚合物的分解温度范围,所以在高聚物分解时,溴系阻燃剂也开始进行分解,并能捕捉高分子材料降解反应生成的自由基,从而延缓或终止燃烧的链反应,同时释放出的HBr本身是一种难燃气体,这种气体密度大,可以覆盖在材料的表面,起到阻隔表面可燃气体的作用,也能抑制材料的燃烧。这类阻燃剂还能与其它一些化合物(如三氧化二锑)复配使用,通过协同效应使阻燃效果明显得到提高。 优点:耐热性好、不喷霜等优点。 缺点:降低被阻燃基材的抗紫外线稳定性,,燃烧时生成较多的烟、腐蚀性气体和有毒气体。 2. 磷系阻燃剂 阻燃机理:有机磷化物分解为磷酸、偏磷酸、聚偏磷酸等,磷酸可形成非燃性液膜;偏磷酸、聚偏磷酸为强酸性,可使碳化物凝成保护性隔离膜。 优点: 对光稳定性或光稳定剂作用的影响较小;加工中腐蚀性很小;燃烧中腐蚀性很小;有阻碍复燃的作用;极少或不增加阻燃材料的质量。 缺点: 燃烧时生成较多的烟、腐蚀性气体和有毒气体。 3. 磷-氮系阻燃剂 阻燃机理:磷-氮系阻燃剂又称膨胀型阻燃剂,它含有这类阻燃剂的高聚物受热时,表面能够生成一层均匀的碳质泡沫层,起到隔热、隔氧、抑烟的作用,并防止产生熔滴现象,故具有良好的阻燃性能。 优点: 磷-氮系阻燃剂具有无卤、低烟、低毒的优点,可应用于聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等塑料中。 4. 无机阻燃剂(如三氧化二锑) 阻燃机理:脱水炭化作用,或吸热分解形成固相复盖层,隔离表面空气,阻止火焰继续燃烧并能发挥消烟的作用。 优缺点: 具有无毒、无腐蚀、稳定性好、不挥发、高温下不产生有毒气体的优点,且价格低廉,来源广泛。但作为阻燃剂,它也有填充量大。 四、阻燃新技术 1、结炭技术 高聚物燃烧时,在凝聚相产生结炭就能达到阻燃的

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