有機和無機阻燃劑的阻燃機理,有何不同
有機和無機阻燃劑的阻燃機理,有何不同
有機阻燃劑
磷及磷化合物很早就被用作阻燃劑使用,對它的阻燃機理研究得也較早,從磷化合物在不同反應區內所起阻燃作用可分為凝聚相中阻燃機理和蒸汽相中阻燃機理,有機磷系阻燃劑在凝聚相中發揮阻燃作用。其阻燃機理如下:
在燃燒時,磷化合物分解生成磷酸的非燃性液態膜,其沸點可達300℃。同時,磷酸又進一步脫水生成偏磷酸,偏磷酸進一步聚合生成聚偏磷酸。在這個過程中,不僅由磷酸生成的覆蓋層起到覆蓋效應,而且由于生成的聚偏磷酸是強酸,是很強的脫水劑,使聚合物脫水而炭化,改變了聚合物燃燒過程的模式并在其表面形成碳膜以隔絕空氣,從而發揮更強的阻燃效果。
磷系阻燃劑的阻燃作用主要體現在火災初期的高聚物分解階段,因其能促進聚合物脫水發化,從而減少聚合物因熱分解而產生的可燃性氣體的數量,并且所生成的碳膜還能隔絕外界空氣和熱。通常,磷系阻燃劑對含氧聚合物的作用效果佳,主要被用在含羥基的纖維素、聚氨酯、聚酯等聚合物中。對于不含氧的烴類聚合物,磷系阻燃劑的作用效果就比較小。
含磷阻燃劑也是一種自由基捕獲劑,利用質譜技術發現,任何含磷化合物在聚合物燃燒時都有PO·形成。它可以與火焰區域中的氫原子結合,起到抑 制火焰的作用。另外,磷系阻燃劑在阻燃過程中產生的水分,一方面可以降低凝聚相的溫度,另一方面可以稀釋氣相中可燃物的濃度,從而更好地起到阻燃作用。
無機阻燃劑包括氫氧化鋁、氫氧化鎂、膨脹石墨、硼酸鹽、草酸鋁和硫化鋅為基的阻燃劑。氫氧化鋁和氫氧化鎂是無機阻然劑的主要品種,它們具有無 毒性和低煙等特點。由于受熱分解吸收大量燃燒區的熱量,使燃燒區的溫度降低到燃燒臨界溫度以下燃燒自熄,分解后生成的金屬氧化物多數熔點高、熱穩定性好、覆蓋于燃燒固相表面阻擋熱傳導和熱輻射,從而起到阻燃作用。同時分解產生大量的水蒸氣,可稀釋可燃氣體,也起到阻燃作用。
水合氧化鋁有熱穩定性好,在300℃下加熱2h可轉變為AlO(OH),與火焰接觸后不會產生有害的氣體,并能中和聚合物熱解時釋放出的酸性氣體,發煙量少,價格便宜等優點,因而它成為無機阻燃劑中的重要品種。水合氧化鋁受熱釋放出化學上結合的水,吸收燃燒熱量,降低燃燒溫度。在發揮阻燃作用時,主要是兩個結晶水起作用,另外,失水產物為活性氧化鋁,能促進一些聚合物在燃燒時稠環炭化,因此具有凝聚相阻燃作用。從該機理可知使用水合氧化鋁作阻燃劑,添加量應較大。
鎂元素阻燃劑主要品種為氫氧化鎂,是近幾年來國內外正在開發的一種阻燃劑,它在340℃左右開始進行吸熱分解反應生成氧化鎂,在423℃下失重達大值,490℃下分解反應終止。從量熱法得知,其反應吸收大量熱能(44。8KJ/mol),生成的水也吸收大量熱能,降低溫度,達到阻燃。氫氧化鎂的熱穩定性和抑煙能力都比水合氧化鋁好,但由于氫氧化鎂的表面極性大,與有機物相容性差,所以需要經過表面處理后才能作為有效的阻燃劑。另外,它的熱分解溫度偏高,適宜熱固性材料等分解溫度較高的聚合物的阻燃。