第6节 阻燃剂.ppt

第6章 阻燃剂 主讲：孙春峰 目录 概述 聚合物的燃烧和阻燃剂的作用机理 阻燃剂各论 阻燃剂在塑料中的应用 阻燃剂的发展现状和开发动向 大多数高分子材料，无论是天然的，还是人工合成的，遇火都会燃烧，例如棉、麻、天然橡胶、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS树脂、丙烯酸树酯、不饱和聚酯树脂、环氧树脂、聚氨酯、酚醛树脂、氯丁橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶、聚硫橡胶和丁基橡胶等。阻燃剂是一类能够防止材料被引燃或抑制火焰传播的助剂。阻燃剂主要用于合成高分子材料或天然高分子材料的阻燃，包括塑料、橡胶．纤维、木材、纸张、涂料等。例如，在高分子材料中加入阻燃剂，能够减少高分子材料的可燃性，能使高分子合成材料接触火焰时，燃烧迅速变慢，离开火源后能较快地自熄。值得指出的是，含有阻燃剂的材料并不能成为不燃材料，它们只能减少火灾危险，而不能消除火火危险。 对阻燃剂的要求是多方面的。人们希望阻燃剂能在用量很低的情况下具有持久的阻燃作用；希望阻燃剂无毒，不会在燃烧时生成有毒气体和浓烟；希望阻燃剂具有较高的热稳定性，在遇火情况丁不会发生分解或蒸发；人们尤其希望基础树脂的力学性能和物理性能不会由于阻燃剂的使用而损失或降低。也就是说，应在材料的阻燃性及其他性能之间寻求最佳的成本／效能比，而不能以过多地降低材料原有的良好性能为代价、来一味地满足阻燃性能过高的要求。 除此之外，在提高材料阻燃性的同时，应尽量减少材料的热分解或燃烧时生成的有毒气体及发烟量。据统计，全球火灾中的死亡事故，有80％左右是由于有毒气体或烟的窒息造成的，因此，在阻燃剂的研究开发领域中 “阻燃”和“抑烟”是相辅相成的。也就是说，当代“阻燃”的含义也包括抑烟。 阻燃剂的分类 （1）阻燃剂主要是含磷、卤素、硼、锑、铅、钼等元素的有机物和无机物。根据其使用方法，阻燃剂一般可分为添加型和反应型两类。添加型阻燃剂是在塑料加工过程中混合在塑料中，主要用于热塑性塑料；反应型阻燃剂是在聚合物合成过程中，作为一个组分参加反应，并键合到聚合物的分子链上，多用于热固性树脂。有些反应型阻燃剂，也可在塑料的加工过程中添加。 反应型阻燃剂与树脂起一定的化学反应，即阻燃剂与树酯之间有键的结合，因此反应型阻燃剂在树脂中比较稳定，它对火焰的抑制作用通常比添加型的持久，对材料的性能影响较小，但操作和加工工艺较为复杂。而添加型阻燃剂只是与树脂物理混合，没有化学反应，使用量较大，操作也比较方便，因此成为一种被广泛采用的阻燃剂体系。 （2）按照化学结构，阻燃剂又可分为无机阻燃剂和有机阻燃剂两类。无机阻燃剂包括铝、锑、锌、钼等金属氧化物、磷酸盐、硼酸盐、硫酸盐等；有机阻燃剂中包括含卤脂肪烃和芳香烃、有机磷化合物、卤化有机磷化合物等。 （3）阻燃剂按照起阻燃作用的主要元素还可分为卤素系阻燃剂、磷系阻燃剂以及铝、锑、硼、钼等金属氧化物阻燃剂；也可以按大的类别分为溴系、磷系、氯系和铝基、硼基、锑基阻燃剂等。 阻燃剂应具备的基本条件 ① 阻燃剂不损害塑料的物理力学性能。即塑料经阻燃加工后，其原来的物理力学性能不变坏，特别是不降低热变形温度、机械强度和电气特性。 ② 阻燃剂的分解温度需适应进行阻燃加工塑料的需要。因为阻燃剂必须在塑料热分解时急速分解以发挥其阻燃效果，所以热稳定性不好的化合物不适宜作为阻燃剂，但是阻燃剂在塑料成型加工时又不能发生热分解，否则分解产生的气体会污染操作环境和使产品变色。 ③ 具备耐候性。 ④ 具有持久性。进行阻燃加工的塑料制品都是准备长期使用的物品，所以阻燃效果不能在制品使用期中消失。 ⑤ 价格低廉。随着阻燃剂在制品中的添加量有增多的倾向，因而价廉就显得十分重要了。当然在特殊场合，即使价格昂贵也不得不用。 6.2 聚合物的燃烧和阻燃剂的作用机理 6.2.1 聚合物的燃烧 一、聚合物的燃烧过程 聚合物的燃烧是一个非常复杂的急剧氧化过程，从材料的吸热分解到剧烈的氧化发光发热，包括了一系列的物理变化和化学变化。聚合物在受到外部热源的作用时，首先被加热、进而降解、生成挥发性的可燃气体和其他热分解产物。随着可燃性气体浓度的增大，当达到某一极限时聚合物开始燃烧。燃烧的整个过程如图所示 这一燃烧模式中，聚合物在热源的作用下，首先分解产生可燃性气体，可燃性气体从固相扩散到气相，气相中可燃性气体与氧气反应而开始燃烧，燃烧产生的热量向聚合物表面辐射并传至聚合物的内部，聚合物由于热的作用继续分解，形成燃烧的循环过程。因此阻燃也就是抑制这个燃烧的循环过程。 不同聚合物热分解生成的产物决定了聚合物燃烧的难易程度，因此不同的聚合物具有不同的燃烧性能。同一种聚合物由于加入不同的助剂其燃烧的难易程度也有变化，当聚氯乙烯中加入增塑剂后制品往往变得容易燃烧，而加入阻燃剂则使制品