常见阻燃剂的阻燃机理

114 常见阻燃剂的阻燃机理 张铁江 （武汉科技学院化工学院，湖北 武汉 430073） 摘 要：本文从物质燃烧的条件出发，深入浅出从两个方面阐述了阻燃机理，一是阻燃剂的作用机理， 其中包括化学法和物理法；二是常见阻燃剂的阻燃机理，主要阐述了无机阻燃剂、卤化磷系阻燃剂、 有机磷阻燃剂的阻燃机理和协同作用机理。目前关于阻燃机理仅知其一二，还远远不够。只有机理方 面的研究透彻了，阻燃剂和阻燃 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 的开发才有针对性和目的性，达到“阻燃设计”的目的。 关键词：阻燃剂；阻燃机理；自由基；链锁反应；隔离膜 物质燃烧需要三个条件： （1）必须有可燃物； （2）必须与助燃性气体（最常见也是最主要 的就是氧气，下同）接触； （3）温度达到可燃物的着火点。 这三个条件缺一不可。聚合物的燃烧反应是自 由基链锁反应。聚合物的阻燃所采取的 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 就是基 于上述原理。选择阻燃剂也正是从以上这些方面来 考虑的。 1 阻燃剂的作用机理 1.1 化学法 1.1.1 可燃性的高分子变性 通过阻燃剂参与聚合反应使本来有可燃性的 高分子变成不可燃的（或是可燃性极差的）高分子。 主要手段是交联、接枝和大分子量化。 1.1.2 终止自由基链锁反应等途径达到阻燃或减缓 燃烧的作用 聚合物燃烧过程中产生的高能量自由基促进 气相燃烧反应，阻燃剂通过捕获并消灭这些自由基 切断自由基链锁反应就可以控制燃烧进而达到阻 燃的目的。 1.2 物理法 主要通过冷却、稀释或形成绝热层而达到阻燃 的目的。 1.2.1 隔离膜机理 高温下阻燃剂可以在聚合物 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面形成一层隔 离层使可燃物与空气隔绝从而切断可燃物必须的 助燃源（主要指空气中的氧气），这个隔离层同时 有可能起到阻止热传递的作用。 形成隔离膜的方式有： （1）利用阻燃剂热降解产物促进聚合物表面 迅速脱水炭化进而形成炭化层。由于单质炭不产生 火焰的蒸发燃烧和分解燃烧，因此具有阻燃保护效 果； （2）某些阻燃剂在燃烧温度下分解成不挥发 的玻璃状物质包覆在聚合物表面，这种致密的保护 层起到了隔离膜的作用。 1.2.2 冷却机理 阻燃剂在阻燃过程中发生脱水、相变、分解或 其它吸热过程，降低聚合物表面和燃烧区域的温度 致使温度下降到聚合物的着火点以下，从而起到阻 燃的效果。 1.2.3 稀释机理 一方面，大多数的阻燃剂在燃烧温度下释放出 不能燃烧的非助燃性气体冲淡了助燃性气体的浓 度到助燃极限以下；另一方面，有的助燃剂添加量 极大（达 50%以上）这在一定程度上稀释了固体中 可燃性物质的浓度从而提高了该物质的阻燃性。 2 常见阻燃剂的阻燃机理 2.1 无机阻燃剂 常用无机阻燃剂：锑化合物阻燃剂、硼化合物 阻燃剂、铝化合物阻燃剂、赤磷及其它。 一般情况下，这类阻燃剂的填充量大能起到稀 释固体可燃物浓度的作用。同时，当它受热到一定 程度时开始脱水吸收热量并汽化从而降低可燃物 的温度并稀释可燃物气化物和助燃性气体的浓度， 2009 年 第 10 期 2009 年 10 月 化学工程与装备 Chemical Engineering & Equipment 115张铁江：常见阻燃剂的阻燃机理 同时在可燃物表面形成氧化物隔离层。 2.2 卤化磷系阻燃剂 卤化磷（RcPX）受热分解成膦 R3P、HX 和烷 基卤化物 RX，膦很容易氧化成膦氧化物（R3PO）， 膦氧化物进一步分解生成聚硅酸盐玻璃体覆盖在 可燃物的表面形成隔离层。 HX 能把高能的 HO+自由基捕获转变成低能量 的 X+自由基和水，水蒸发吸热成水蒸气既起到了 降温的作用又能起到稀释助燃性气体的作用。同 时，X+自由基与烃反应又再生成 HX，如此循环把 HO+自由基链锁反应切断，反应如下： HX +·OH→H2O+·X HX+·O·→·OH+·X HX +H·→H2+·X HX+RCH2·→RCH3+·X 如果其中添加自由基或氧化剂则与含卤阻燃 剂起协同作用： Sb2O3+6RCl→2SbCl3+3R2O 此外聚合物阻燃剂体系分解产生的 H2O、HCl、 HBr、CO2、NH3 和 N2 等不可燃又不助燃性的气体 在一定程度上将可燃物气化燃烧物及助燃性气体 稀释从而达到阻燃效果。 2.3 有机磷阻燃剂的阻燃机理 当含有机磷阻燃剂的高聚物受热时，有机磷分 解生成磷的含氧酸（包括它们中的某些聚合物）， 这种酸能催化含羟基化合物脱水成炭覆盖在表面 形成隔离层，此隔离层隔热隔氧，同时，由于此隔 离层导热性差使高聚物温度较低从而起到阻燃作 用。有机磷系阻燃剂热裂解所形成的气体产物中含 有游离基 PO·，它可以捕获游离基 H·和·OH 致使火 焰中H·和·OH的浓度大为下降而起到抑制燃烧链锁 反应的作用。反应如下： H3PO4→HPO2+PO·+其它 PO·+H·→HPO HPO+H·→H2+ PO· PO·+·OH→HPO+·O· 2.4 硅化合物阻燃剂的阻燃机理 硅化合物主要用于 PC 的阻燃。一般认为，硅 氧基阻燃 PC 的作用是按凝聚相阻燃机理即通过生 成裂解炭层和提高炭层的抗氧化性实现其阻燃功 效的。另外,硅阻燃 PC 也比单一 PC 更易发生 Fries 重排反应,这也能加速 PC 的交联和成炭。 2.5 膨胀型阻燃剂 膨胀型阻燃剂是近年来开发的以磷、氮为主要 组成的阻燃剂，含这类阻燃剂受热时，表面能形成 一层致密泡沫炭层，起到隔热、隔氧、抑烟，又能 防止熔滴，具有良好的阻燃性能。 2.6 协同作用机理 将现有阻燃剂进行复配，使各种作用机理共同 发生作用从而达到降低阻燃剂用量并起到更好的 阻燃效果。如 Sb2O3 与有机卤协同使用可构成一种 非常有效的阻燃体系。有机卤化物放出 HX 或卤素 再与 Sb2O3作用生成三卤化锑或卤化锑酰，这些锑 化合物具有阻燃作用，其中产物 SbX3 阻燃作用很 大，它能形成一种惰性气体减少可燃物与助燃性气 体接触，高温下挥发进入火焰中分解生成各种锑化 物和卤素游离基，它们改变了火焰的化学性质，消 耗了火焰的能量从而起到阻燃作用。 3 结语 目前关于阻燃机理仅知其一二，还远远不够。 只有机理方面的研究透彻了，阻燃剂和阻燃材料的 开发才有针对性和目的性，达到“阻燃设计”的目 的。随着人们健康环保意识的增强，寻求环保化、 低毒化、高效化、多功能化的阻燃剂已成为阻燃剂 行业的必然趋势。 参考文献 [1] 欧育湘，赵毅，孟征．硅系化合物阻燃聚碳酸 酯及其阻燃机理．高分子材料科学与工程， 2008；24(12)：6-10 [2] 尹国强，廖列文，康正．塑料阻燃剂的合成研 究进展．应用化工，2003；32（04）： [3] 赵光辉，程金海，陈勇．我国阻燃剂的生产水 平及发展动向．化工科技市场，2004；（7）： [4] 梁诚．我国阻燃剂生产现状与发展趋势．精细 石油化工进展，2（2）：38-47 [5] 李腊梅，佟芍朋，周政懋．我国阻燃剂行业状 况．精细与专用化学品，2007；15（32）：26-31 [6] 童孟良，周芝兰，许沅沅．无机阻燃剂的研究 进展．化工文摘，2008；（2）：45-48。 [7] 戴昉纳，赵伟，由婷，陈国柱，孙思修．无机 阻燃剂的应用进展．精细与专用化学品，2007； 15（2）：5-8 [8] 王晓英，毕成良，李俐俐，张宝贵．新型环保 阻燃剂的研究进展．天津化工，2009；23（1）： 8-11 （下转第 83 页） 83周永刚：管板自动焊的应用及 10 钢/16Mn 管板自动焊接工艺 左右。施焊两遍，收弧比第一层滞后 5o～6o，第一 遍保障可靠密封性，第二遍保障外观成形美观。 表 1 10 钢管与 16Mn 锻管板角接填丝焊接参数 基值电流 基值时间 峰值电流 峰值时间 送丝速度 氩气流量 I11/A T11/S I12/A T12/A V31/mm.min-1 Q/L.min-1 第一遍 50 0.2 150 0.2 222.2 10 第二遍 50 0.2 170 0.2 222.2 10 4.6 施焊注意问题 （1）焊前使管板与焊机机头保持平行，防止 不平行而导致夹钨、焊缝出现毛刺等现象。 （2）尽量使用小参数，防止把管子焊穿。 5 焊后检验 焊接管板宏观情况如图 2 所示 图 2 焊接管板宏观图 5.1 外观检查 （1）对管板表面用 10 倍放大镜进行 100%检 查无裂纹、未熔合、气孔、弧坑和夹杂、飞溅物等 缺陷，焊缝外观无引弧点。按 GB151-1999 检验合 格。 （2）对管板表面除去任何氧化皮、飞溅、油 污灰尘等可能干扰的物质，涂刷渗透剂，进行渗透 （着色）检测。按 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 JB4730 检验管板街头无微 细裂纹、气孔等，焊接街头合格。 6 结论 熟练掌握管板自动焊机的操作方法，提高管壳 式换热器管板焊缝质量，减少焊工工作强度，提高 焊接自动化率。按此工艺对 10 钢换热管与 16Mn 锻管板的接头进行焊接，经过对壳程的水压试验、 检查换热管与管板的焊接接头均无渗漏，全部合 格，再对管程进行试压时，管板与设备法兰密封面 密封良好，无渗漏现象。 （上接第 115 页） [9] 李响，钱立军，孙凌刚，周政懋．阻燃剂的发 展及其在阻燃塑料中的应用．塑料，2003；32 （2）：79-83 [10] 夏俊，王良芥，罗和安．阻燃剂的发展现状和 开发动向．应用化工，2005；34（1）：1-4 [11] 楚红英，韩永军．阻燃剂的发展现状和开发动 向．科技资讯，2007；（23）：7-8 [12] 刘霞，李燕芸，吕九琢．阻燃剂的现状与发展 趋势．广东化工，1999；（2）：111-114 [13] 邓兰，诸林，周文勇．阻燃剂的应用与发展．西 南石油学院学报，1996；18（2）：106-110 [14] 陈建．阻燃剂应用研究综述．化工中间体， 2007；（10）：25-29 [15] 周亨近．阻燃技术的现状与发展．国外塑料， 1995；（1）：9-17