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高分子材料阻燃技术研究

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发布日期:2019-05-09 15:49

摘要:现有的阻燃技术依然存在着很大的缺陷,比如排烟量大、滴落面积大、毒性气体大等,这些缺点严重影响着人们的身体健康。目前有一种使用高分子聚合反应而产生的化合物,这种化合物不仅能够降低反应的温度,还不会放出有害气体和物质。为了对物质的阻燃特性进行改进,作者针对高分子材料改进阻燃技术进行了研究。主要包括了:无极阻燃剂、卤系阻燃剂以及磷系阻燃剂等,这几种阻燃剂的特点是能够分离物质与空气的接触面,还能降低物质燃烧时的温度,能够达到比较好的阻燃效果。

  关键词:高分子材料;阻燃技术;无机阻燃剂;卤系阻燃剂

  1高分子材料的阻燃机理

  高分子材料能够进行阻燃是存在一定机理的,主要是由于破坏了高分子材料的结构和成分,然后形成了新的保护膜,才能够阻止材料燃烧。一般的阻燃原理可以从两个方面来考虑,分别是隔离氧气和降低温度。隔离氧气一般采用凝聚相阻燃机理,这种材料在燃烧的过程中会产生阻燃的细小分子,能够中断燃烧等链式反应,使得材料的热分解温度升高,并且在燃烧的过程中会产生水蒸气,同时阻燃高分子材料中也存在着大量的氢氧元素,与空气接触后会产生水雾覆盖在材料的表面,这样便能隔离与空气的接触,达到阻燃的效果。经过吸热产生的水雾也能够降低材料表面的温度,还能够堵塞材料内部的孔隙,使材料形成一个密闭的环境,再次隔离与空气的接触。凝聚相在阻燃的过程中存在4中阻燃的模式,材料在燃烧的过程中会产生惰性气体,能够延缓材料的燃烧;在材料燃烧的过程中还会产生一些多碳气孔,达到阻燃的效果;在反应的过程中还会吸收大量的热量,通过降低表面温度的方法来达到阻燃的效果;还有一些无机分子,这类分子的比热容较大,在燃烧的时候分子之间会发生氧化还原反应,使分子发生变化以达到阻燃的效果。这几种反应在机理中大致相同,但是在阻燃反应中的机理还有很多,所以还是很难给高分子阻燃体系进行一个系统的划分。

  2高分子材料阻燃剂的类别

  2.1无机阻燃剂

  无机阻燃剂主要是对无机化合物进行加热,分解得到的水蒸气或者其他保护膜来隔断材料与空气的接触,降低燃烧温度来达到降温的效果。同时无机阻燃剂也能过在燃烧的过程中产生水分,当环境温度比较高,水分会吸收热量变成水蒸气,降低环境的温度达到阻燃的效果。另外一种是通过阻燃材料形成一种保护膜,比如说三氧化铝材料在燃烧的过程中,会在材料表面形成一层细致的氧化物薄膜,隔断与空气的接触。通常的无机阻燃材料化学性质比较稳定,也不会产生对环境和人体有害的气体,所以常用来作防火阻燃剂。

  2.2卤系阻燃剂

  在元素周期表中,卤系元素所组成的化合物都具有非常优秀的阻燃效果。比如说氟利昂这种卤系化合物就比较容易挥发,但是会破坏臭氧层,分别在这种物质中添加氯元素和氟元素,然后通过一定的方法对其沸点进行对比,可以发现添加氟元素的材料沸点明显低于添加氯元素的材料。当化合物中含有3个氯分子时,材料的标准沸点是61.2℃;当化合物中含有3个氟分子时,材料的标准沸点是-128℃。通常含氯化合物所形成的阻燃剂材料都会有很好的阻燃效果,这种阻燃剂化学性质比较稳定,并且和许多高分子材料都有很好的相容性,所以不会对反应产生太大的影响。一般的,含溴元素的阻燃化合物的稳定性介于氯和碘元素所形成的阻燃化合物之间,也具有很好的阻燃效果。

  2.3磷系阻燃剂

  磷系阻燃剂一般有红磷、白磷、磷酸氢二铵以及亚磷酸酯的化合物等,这一类化合物在燃烧的过程中都会形成一层碳膜,这个膜除了能够降低材料的温度以外,还能与空气隔绝,达到更好的阻燃效果。然后就是红磷和白磷的混合也能达到很好的阻燃效果。红磷在燃烧的过程中会发出蓝色的火焰,放出白烟;白磷的燃烧效果与红磷很像,不同的是生成的产物是五氧化二磷,这两种磷在制备次磷酸阻燃剂中都能够够显著提高与液态水的混合比例。次磷酸的化学式是H3PO2,分子量为60,次磷酸与强氧化剂反应时,能够产生磷酸氢和氢气等非助燃气体,所以也会达到阻燃的效果。对于磷含量在磷系阻燃剂中的含量,在次磷酸中磷含量比例在35%,在亚磷酸中的比例在27%,这两种配比才会使阻燃剂达到最好的阻燃效果。

  3高分子材料阻燃技术的发展

  3.1纳米技术

  近些年来科学技术快速发展,纳米技术也开始应用到高分子材料的阻燃技术当中,日本就曾经研发出一种具有优异阻燃性能的纳米硅酸盐粘土材料。这种材料在燃烧的过程中会产生一种抑制剂,这种物质会改变材料的结构,让材料内部发生变化。材料的分子直径在0.4-0.5mm之间,在燃烧的过程中产生的凝聚产物能够堵塞气孔,达到与空气隔断的效果。同时这种材料也能够延缓物质燃烧时的热量释放,保证在一定的时间内所散发的热值最小。

  3.2接枝和交联改性技术

  接枝和交联改性也能够制备一系列的阻燃材料,主要通过光敏技术或化学接枝的方法将多种无机化合物聚合形成共聚物。共聚物在燃烧的过程中能够产生一种无机绝缘层,这种绝缘层能够有效的吸收易燃物质的高分子,通过减少易燃物质来达到阻燃的效果。

  3.3膨胀技术

  膨胀技术一般都会使用发泡剂作为阻燃物质,这种技术做成的阻燃材料一般有三个优点:无排烟量、无毒气、无滴落等。以往的工艺手段在处理阻燃时,都会产生出大量对人体有害的气体,比如说四溴苯酚在作阻燃材料时就会放出很多有毒气体,不但��环境有害,对人体也有着巨大的伤害。无滴落则主要体现在阻燃剂不会产生腐蚀性液体,防止材料发生局部腐蚀。

  4结语

  通过本篇对于高分子材料阻燃技术的分析,使得对于该技术有了更深的了解。这种材料不但能够对于物质燃烧有着很好的阻燃效果,并且还不会对环境有害,对人体产生危害。


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出版地:北京

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