43阻燃剂.ppt

4.3阻燃剂 4.3.1概述 （1）概念减缓合成材料燃烧性能的助剂称阻燃剂。 采用阻燃剂的目的是使可燃性材料成为难燃性，即在接触火源时燃烧速度很慢，当离开火源时能很快停止燃烧而熄灭。 目前，聚合物的阻燃性普遍受到人们的重视，许多国家都制订了各种耐火标准，达不到阻燃标准的制品不准销售。因此阻燃剂的产量一般都很高，如美国阻燃剂的产量在塑料助剂中仅次于增塑剂，占第二位。1980年美国阻燃剂用量达45．4万吨，其中氢氧化铝占l／3。 近年来，阻燃剂发展的方向是： ①寻找、研制不使塑料制品性能下降或下降很少的阻燃剂。 ②研制成本低、无毒、高效的阻燃剂。 ③研制多功能阻燃剂(既是阻燃剂，又可起增塑、防老化、稳定等作用)。 ④用一些新型阻燃剂全部或部分取代老的阻燃剂，以改进阻燃性和降低成本。 （2）阻燃剂的分类 ①按组成分类： ②按使用方法分类 （3）对阻燃剂的基本要求 ①阻燃剂不损害聚合物的物理机械性能； ②阻燃剂的分解温度必须与聚合物的热分解温度相适应； ③耐久性好； ④具有耐候性； ⑤价格低。 4.3.2聚合物的燃烧和阻燃剂的作用机理 （1）聚合物的燃烧 燃料、氧和温度是维持燃烧的三个基本要素。 燃烧过程是一个非常复杂的急剧氧化过程，包含种种因素，除去其中任何一个因素都将减慢燃烧速度。从化学反应来看，燃烧过程属于自由基反应机理，因此，当链终止速度超过链增长速度时，火焰即熄灭。 在实际应用中，聚合物的燃烧性可以用燃烧速度和氧指数来表示。 氧指数是指使试样像蜡烛状持续燃烧时，在氮-氧混合气流中所必需的最低氧含量。可用下式表示： ? 氧指数 = O2/（O2+N2） 或氧指数（%）= 100O2/（O2+N2） 氧指数在0.21可作为可作为可燃性聚合物与不燃性聚合物在空气中燃烧的分类标准，但考虑到实际燃烧中总有一部分对流加热存在，故以氧指数0.27为自熄性材料标准。聚苯乙烯、丙烯酸树脂是易燃的；聚碳酸酯、酚醛树脂等是难燃性的。 （2）阻燃剂的阻燃机理 阻燃剂是通过若干机理发挥其阻燃作用的，如吸热作用、覆盖作用、抑制链反应、不燃气体的窒息作用等。多数阻燃剂是通过若干机理共同作用达到阻燃目的。 ①吸热作用 任何燃烧在较短的时间所放出的热量是有限的，如果能在较短的时间吸收火源所放出的一部分热量，那么火焰温度就会降低，辐射到燃烧表面和作用于将已经气化的可燃分子裂解成自由基的热量就会减少，燃烧反应就会得到一定程度的抑制。 Al(OH)3阻燃剂的阻燃机理就是通过提高聚合物的热容，使其在达到热分解温度前吸收更多的热量，从而提高其阻燃性能。这类阻燃剂充分发挥其结合水蒸汽时大量吸热的特性，提高其自身的阻燃能力。 ②覆盖作用 在可燃材料中加入阻燃剂后，阻燃剂在高温下能形成玻璃状或稳定泡沫覆盖层，隔绝氧气，具有隔热、隔氧、阻止可燃气体向外逸出的作用，从而达到阻燃目的。如有机阻磷类阻燃剂受热时能产生结构更趋稳定的交联状固体物质或碳化层。 碳化层的形成一方面能阻止聚合物进一步热解，另一方面能阻止其内部的热分解产生物进入气相参与燃烧过程。 ③抑制链反应 根据燃烧的链反应理论，维持燃烧所需的是自由基。阻燃剂可作用于气相燃烧区，捕捉燃烧反应中的自由基，从而阻止火焰的传播，使燃烧区的火焰密度下降，最终使燃烧反应速度下降直至终止。 如含卤阻燃剂，它的蒸发温度和聚合物分解温度相同或相近，当聚合物受热分解时，阻燃剂也同时挥发出来。此时含卤阻燃剂与热分解产物同时处于气相燃烧区，卤素便能够捕捉燃烧反应中的自由基，从而阻止火焰的传播，使燃烧区的火焰密度下降，最终使燃烧反应速度下降直至终止。 ④不燃气体窒息作用 阻燃剂受热时分解出不燃气体，将可燃物分解出来的可燃气体的浓度冲淡到燃烧下限以下。同时也对燃烧区内的氧浓度具有稀释的作用，阻止燃烧的继续进行，达到阻燃的作用。 在聚合物热分解产生可燃性气体的同时，如果聚合物-阻燃剂体系能分解产生不燃气体，如H2O、N2、HCl、HBr、CO2、NH3等。 （3）阻燃剂的性能比较 目前常用的阻燃剂主要是有机卤系、有机磷系和无机系三大类。有机卤系阻燃剂中，溴系阻燃剂使用范围较广，它主要的特点是阻燃效率高、用量少，对材料的性能影响小等，但在热裂及燃烧时生成大量的烟尘及腐蚀性气体。 有机磷系阻燃剂作为一种无卤的阻燃剂，有效地克服了含卤阻燃剂的缺点，具有阻燃、隔热、隔氧功能，且生烟量少，也不易形成有毒气体和腐蚀性气体等优点，适应时代对环保的要求。 无机阻燃剂的最大优点是低毒、低烟或抑烟、低腐蚀，且价格低廉，但由于所需添加量较大，限制了它们的应用。 4.2.3阻燃剂的品种与性能 添加型阻燃剂 含氯量为70%的氯化石蜡 这是一种白色粉末．熔程95—120℃，含氯量70％，比重1.60-1.70。化学稳定性好