阻燃劑在高分子材料應(yīng)用

　　高分子材料性能優(yōu)異，具有許多其他材料不具備的特性: 如質(zhì)輕、加工性能好、高流動(dòng)性易于成型、絕緣性、耐磨性等。但大多數(shù)高分子材料是碳?xì)溆袡C(jī)結(jié)構(gòu)，屬于易燃、可燃材料，在燃燒時(shí)熱釋放速率大、熱值高、火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?，不易熄? 某些材料燃燒時(shí)還產(chǎn)生濃煙及有毒氣體，對(duì)人類生命安全與環(huán)境保護(hù)構(gòu)成潛在的威脅。近年來，全球阻燃材料行業(yè)產(chǎn)值逐年增長(zhǎng)，同時(shí)，各國相繼提升有關(guān)材料阻燃的法規(guī)，對(duì)高分子材料的阻燃性提出更高的要求。

NO.1　高分子復(fù)合材料的阻燃機(jī)理

　　高分子材料的燃燒遵循燃燒三要素( 可燃物質(zhì)、助燃物質(zhì)及著火源）的規(guī)律，高分子材料主要為碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)，屬于可燃物。助燃劑在通常情況下為空氣中的氧氣組分，也包括各類氧化劑，高分子材料通常在空氣中使用，與空氣中的氧氣接觸充分，并且高分子材料有時(shí)會(huì)添加各類氧化劑，這些氧化劑在燃燒過程中會(huì)起到助燃劑的作用。著火源為明火與各類高溫場(chǎng)所，高分子材料的起火點(diǎn)普遍較低，某些使用場(chǎng)合易接觸高溫環(huán)境，也使得高分子材料易于起火引發(fā)火情。

　　高分子材料的燃燒可分為熱氧降解和燃燒兩個(gè)過程，涉及傳熱、高分子材料在凝聚相的熱氧降解、分解產(chǎn)物在固相及氣相中的擴(kuò)散、與空氣混合形成氧化反應(yīng)場(chǎng)及氣相中的鏈?zhǔn)饺紵磻?yīng)等一系列環(huán)節(jié)。因此，當(dāng)高分子材料受熱能夠使其分解，且分解產(chǎn)生的可燃物達(dá)到一定濃度，同時(shí)體系被加熱到點(diǎn)燃溫度后，燃燒才能發(fā)生。而己被點(diǎn)燃的高分子材料在點(diǎn)燃源穩(wěn)定后能否繼續(xù)燃燒則取決于燃燒過程的熱量平衡。當(dāng)燃燒產(chǎn)生的熱量大于或等于燃燒過程各階段所需的總熱量時(shí)，燃燒才能繼續(xù)，否則將終止或熄滅。

　　物質(zhì)的燃燒要同時(shí)滿足燃燒三要素的條件，那么阻燃就是從相反的方向來控制三要素，只要破壞了其中一個(gè)要素條件，燃燒即可終止。為了達(dá)到很好的阻燃效果，通常會(huì)采用多種阻燃技術(shù)，同時(shí)控制燃燒的三要素，即降低材料的可燃性、減少助燃劑的濃度及降低燃燒反應(yīng)的溫度來達(dá)到阻止材料燃燒的目的。

NO.2　阻燃劑的分類

　　阻燃劑的分類方法很多，主要分為有鹵和無鹵阻燃劑兩大類。

　　鹵系阻燃劑

　　鹵系阻燃劑主要有溴系阻燃劑和含氯阻燃劑兩個(gè)大類，溴系阻燃劑在有機(jī)阻燃劑中占統(tǒng)治地位，占有機(jī)阻燃劑總量的 80%以上。

　　氯系阻燃劑的種類不如溴系阻燃劑多，主要有，氯化石蠟，氯化聚乙烯及用于不飽和樹脂阻燃劑的四氯鄰苯二甲酸酐等。還有一類大品種的含氯高分子材料 － 聚氯乙烯，本身在分子結(jié)構(gòu)中含有大量的鹵素氯，可以起到很好的阻燃作用。

　　鹵系阻燃劑的使用廣泛，但是目前正受到越來越多的質(zhì)疑與挑戰(zhàn)，鹵系阻燃對(duì)環(huán)境的危害正逐漸被人們認(rèn)識(shí)，不僅因?yàn)槠湓谌紵^程會(huì)產(chǎn)生大量有毒性煙霧氣體 － 鹵化氫，并且鹵系阻燃劑的使用還在環(huán)境沉淀區(qū)與生態(tài)區(qū)中長(zhǎng)期存在， 對(duì)環(huán)境與生態(tài)的危害日趨嚴(yán)重。因此，歐盟頒布了 ＲOHS 規(guī)則，嚴(yán)格限制了某些溴系阻燃劑的使用，也迫使制造商不斷地開發(fā)高效、無毒無害的阻燃劑產(chǎn)品。

　　有機(jī)無鹵阻燃劑

　　有機(jī)無鹵阻燃劑主要有有機(jī)磷、氮類阻燃劑及有機(jī)硅阻燃劑。有機(jī)磷化物是添加型阻燃劑，該類阻燃劑燃燒時(shí)生成的偏磷酸可形成穩(wěn)定的多聚體，覆蓋于復(fù)合材料表面隔絕氧和可燃物，起到阻燃作用，其阻燃效果優(yōu)于溴化物，要達(dá)到同樣的阻燃效果，溴化物用量為磷化物的 4 ～ 7 倍。該類阻燃劑主要有磷( 膦)酸酯等，廣泛地用于環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、ABS 等。王彥林等在無溶劑條件下，制備了一種聚合型含硫有機(jī)磷阻燃劑 PDPTP，利用該阻燃劑所含的磷硫阻燃協(xié)同效應(yīng)，可提高復(fù)合材料的阻燃性能。

　　有機(jī)氮類阻燃劑以三嗪系阻燃劑為代表，主要組分是三聚氰胺及其衍生物這類阻燃劑有多重反應(yīng)功能，有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，成炭性、相容性及阻燃性，因此應(yīng)用面也廣，常用的三聚氰胺、三聚氰胺氰脲酸鹽( MCA)、MP、MPP 等。有機(jī)硅阻燃性的良好的環(huán)境適應(yīng)性使其在環(huán)境友好類材料中獲得了應(yīng)用，其特點(diǎn)是用有機(jī)硅阻燃劑制備的高分子阻燃材料的力學(xué)性能優(yōu)異，耐寒性，耐沖擊都較為突出，并且有機(jī)硅阻燃劑與其他阻燃劑的協(xié)同效果好，燃燒生成的含硅層參與成炭，有利于提高材料的成炭阻燃效果。

NO.3　高分子阻燃材料的分類

　　有鹵阻燃高分子材料

　　分子結(jié)構(gòu)含鹵素或外加鹵素型阻燃高分子材料在各類電器塑料，汽車塑料領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。這類材料配方中主要添加了溴系阻燃劑及三氧化二銻協(xié)同劑，應(yīng)用一些新型含溴阻燃劑以規(guī)避各類政策法規(guī)、降低阻燃劑的用量等成為該類材料開發(fā)的主流方向。

　　無鹵阻燃高分子材料

　　與含鹵阻燃高分子材料的情況相反，各類無鹵阻燃、低煙無鹵阻燃高分子材料發(fā)展前景看好。但是無鹵阻燃高分子材料有自身的弱點(diǎn)，如阻燃性能不如含鹵阻燃材料，氧指數(shù)普遍達(dá)不到 30，而含鹵阻燃高分子材料的氧指數(shù)普遍超過30，有些阻燃要求高的場(chǎng)合，氧指數(shù)的要求甚至達(dá)到 40，這類高阻燃的場(chǎng)合目前無鹵阻燃材料應(yīng)用困難。

　　無鹵阻燃高分子材料目前以氫氧化鎂/鋁填充的為主，少部分應(yīng)用磷氮類膨脹阻燃體系。氫氧化鎂/鋁填充無鹵阻燃材料目前市場(chǎng)應(yīng)用于電纜材料，磷氮膨脹阻燃類主要應(yīng)用在工程塑料行業(yè)。

NO.4　結(jié)論

　　阻燃高分子材料應(yīng)用廣泛，尤其是無鹵阻燃材料受政策的導(dǎo)向，市場(chǎng)看好。對(duì)無鹵阻燃機(jī)理更深入的研究，各類高效阻燃劑的合成開發(fā)及材料配方的復(fù)配是該類材料的發(fā)展方向。