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高聚物材料的阻燃机理
        高分子材料在工业、民用和建筑等各介领域已得到日益广泛的应用。但由于这些材料的可燃性,也给人们带来了潜在的火灾危险性。为了克服或降低高分子材料的这种可燃性,便产生了一种新的技术领域——高分子材料阻燃化技术。
        从概念上讲,阻止聚合物燃烧最简单的方法是设计出热稳定性好或耐高温的聚合物。这些特种结构的聚合物能阻止初始的链断裂和分解,不易燃烧。在过去一二十年中,对这些聚合物的开发已取得了很大的进展,并且在一些特殊领域已得到了应用。然而这些材料由于存在加工困难,应用性差,生产成本高等问题,大量生产和应用受到限制。                         .
        高聚物的阻燃化,在实际应用中多采用加入添加剂的方法。这种添加剂或阻燃剂大体可分为两大类:添加型的和反应型的。所谓添加型的阻燃剂,通常是指那些在加工过程中加入到聚合物中,但与聚合物及其他组分不起化学反应而增加阻燃性的添加剂。所谓反应型的阻燃剂一般是在某些加工阶段参与化学反应的单体或交联剂。采用共聚单体的阻燃剂时,一般是在聚合阶段通过聚合反应作为聚合物的结构单元并入聚合物中的;而采用交联剂的阻燃剂时,由于与聚合物起了化学反应,从而作为组成物结构整体的一部分。显然反应型的阻燃剂具有赋予组成物或聚合物以永久阻燃性的优点。
        选择阻燃剂应考虑的因素是:浅色;易于并入聚合物或组成物中,与其他组成相容性好;对热和光的反应稳定,具有良好阻燃性和非迁移性;对聚合物的物理性能没有明显的不利影响;阻燃添加剂的毒性要小;价格便宜或适中,然而遗憾的是,现有的绝大多数阻燃剂不能同时都满足上述这些性能要求,往往添加了它们以后会对上述某些性能产生不利的影响。因此合理的阻燃化过程应当选择阻燃性和应用性相互和谐统一,切忌片面追求阻燃性指标。
        大部分有机聚合物的持续燃烧是由三个阶段组成的。首先聚合物转化成可燃性的气体产物,然后这些产物在周围含氧化剂的气氛中燃烧,最后,部分燃烧热返回到固状聚合物上或溶融状聚合物上,使聚合物内的可燃性的分解产物持续的补充道火焰中去以维持燃烧。从原则上讲,阻燃作用就是通过阻止和减慢上述三个燃烧阶段中的一个或者多个来实现。
        1、凝聚相机里
        凝聚相阻燃主要是指阻止有机聚合物的热分解和释放出可燃气体的作用。它可以通过以下方法实现:
       (1)添加能在固相中阻止聚合物热分解产生自由基链的添加剂。
       (2)加入各种无机填料,由于无机填料具有较大的热容值,因而能起到蓄热的作用;同事由于它为飞绝热体因而又起到了导热的作用。正由于存在着这些作用,才阻止了聚合物的升温使它达不到热分解而产生可燃气体的温度。
       (3)添加热吸收后分解的阻燃剂,如水合三氧化铝等。由于这种添加剂具有吸热后分解的特点,能有效的维持聚合物处于较低温度而不致达到热分解的程度。
       (4)在聚合物材料表面罩以非可燃性的保护涂层,这样可以使聚合物隔热、隔氧并阻止聚合物分解出的可燃气体逸入燃烧气相 。在应用实例中,膨胀型防火涂料具有代表性,由于它受火的作用后能形成大于本身几十倍甚至上百倍的炭素保护层,从而起到绝热、隔氧、保护基质的作用。
       2、气相机理
        气相阻燃即对聚合物分解出来的可燃气体产物的燃烧或对火焰反应产生的阻止作用;可采用以下手段来实现:         
     (1)采用在热的作用下能释放出活性气体化合物的阻燃剂。这种活性化合物通常能对影响火焰形成或增长的自由基产生作用 。工业上常用的卤族化合物即是以此种方式产生作用的典型实例之一。                                           
     (2)采用在聚合物燃烧过程中能形成细微烟粒子的添加剂,这种烟粒子能以异相对火焰的增长起作用,主要是对燃烧中自由基的结合和终止起催化作用。
     (3)选择分解时能释放出大量惰性气体的添加剂。大量惰性气体的存在可冲淡聚合物分解的可燃气体,同时降低聚合物分解产物的温度,因此所获得的混合物与周围的气体氧化剂不再能使增长。
       3、中断热交换机理
        正如前面已提到的,维持持续燃烧的一个重要条件是部分燃烧热必须反馈到聚合物上,以便使聚合物不断受热分解,以提供维持燃烧所需要的燃料源。可以设想,如果加入某种添加剂能把燃烧热带走不返回到聚合物上,这样即能中断燃烧。
        与热传递现象有关的延缓聚合物燃烧的其他手段还有将涂层涂敷于聚合物表面。这种涂层形成后,象膨胀型防火涂料那样形成了厚厚的炭层,能起到热传递的壁障作用,从而将聚合物基质与燃烧区隔开。
        然而,燃烧过程是一个十分负责的过程,持续的燃烧一般用时涉及上述三个阶段,因此,严格区分一种阻燃体系的作用和机理是困难的。
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添加时间:2015-11-11 16:42:00          浏览次数:0
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