金属化合物抑烟剂的应用研究综述

金属化合物抑烟剂的应用研究综述
发布时间：2022-09-07T08:42:08.755Z 来源：《科学与技术》2022年第9期作者：魏子博
[导读] 综述金属化合物抑烟剂的抑烟机理及应用进展，介绍铁类化合物、钼类化合物和锌类化合物的相关研究进展魏子博
武警工程大学，陕西西安 830001
摘要：综述金属化合物抑烟剂的抑烟机理及应用进展，介绍铁类化合物、钼类化合物和锌类化合物的相关研究进展，并在此基础上对金属化合物抑烟剂的未来进行了展望。

关键词：金属化合物、抑烟剂
1.发展背景
随着当今社会的快速发展，火灾也呈现了愈加高发的趋势，火灾发生频次高的一个重要原因是建筑物都是由大量聚合物而组建而成的，因此对聚合物抑烟的研究成为了重中之重，聚合物不仅产生大量的有害气体，其中悬浮的颗粒更是有害，被人吸入肺部后将引起各种肺部疾病。

想要减少聚合物生成烟量，一个办法是使用更高级的聚合物代替现有的聚合物，另一办法是在其中加入金属化合物抑烟剂。

由于现在所使用的聚氯乙烯成本非常昂贵，而且现在的聚氯乙烯有很多特殊的用途是无法取代的，因此更换聚氯乙烯等材料十分有局限性，所以添加金属化合物抑烟剂就显得十分重要了，而金属化合物抑烟剂最常用的包括铁类化合物，钼类化合物和锌类化合物。

2.铁类化合物、钼类化合物和锌类化合物的研究应用
在聚合物抑烟剂方面，铁类化合物主要包括氧化铁，氧化铁棕和二茂铁等，其中，二茂铁的运用是最常见，最广泛的。

研究表明，它可以很大程度上的减少聚合物的生烟量，抑烟的最主要的原因就是它们能够有效的抑制碳的成核反应。

环氧树脂作为高分子材料，有着非常良好的性能，得到了广泛的运用，但是由于它易燃的特性，导致不能再更高领域应用，文溢对在环氧树脂中加入二茂铁双基聚合物进行了研究，这是一种含有铁的阻燃物，他主要开展了以下工作，一是以二茂铁为原料，制备了一种新型的二茂铁双基的阻燃剂，二是将其在环氧树脂及聚丙烯中加应用，结果表明，新研究的材料具有非常好的抑烟作用，同时，复合材料残炭的SEM分析结果表明，残炭的碳化程度是比较高的，更有利于阻止火焰，减少烟雾，有效保护内部材料不再继续燃烧，不再产烟。

胡超等研究了铁系催化剂的碳燃烧反应，研究表明，燃烧中二茂铁的添加不能改变多环芳烃的数量，但是会使小分子多环芳烃质量增加，也就是说，二茂铁抑制多环芳烃的生长。

同时，他利用同步辐射装置对碳颗粒的光谱结构进行了分析，研究了二茂铁对于碳沉淀的方式，对炭核里的电镜图进行了处理，通过对图像的变换处理，提取到了颗粒微观结构的表征参数，结果表明，二茂铁使得碳化程度提高，有利于在低温时的氧化。

钼类化合物的抑烟效果也比较突出，其最主要的抑烟机理就是通过路易斯酸促进碳层产生，从而减少了烟量。

钼系化合物的热稳定性非常好，在高温下也能够维持它基本的结构，在燃烧时能够产生一定的阻隔作用。

钼元素本身就是一种燃烧时的成碳剂，有利于形成炭层，提高烟的抑制能力。

郭栋等利用锥形量热仪，有效的测量了材料燃烧时烟的释放动态、静态的情况，两者的结合全面评价抑烟的综合作用效果。

八钼酸铵和氧化亚铜的抑烟效果优良，再加上三氧化二铁的协同作用，抑烟的效果更加明显，而它们的主要原因就是促进了聚氯乙烯碳骨架的交联并成碳。

刘秀研究了三氧化钼对泡沫塑料的抑烟效果，他采用了烟密度测试仪，分析了三氧化钼对磷酸氨复合硬质聚氨酯泡沫塑料的抑烟作用，利用极限氧指数考察了三氧化钼对阻燃性能的影响，通过热失重分析和x射线衍射光谱，进一步研究了三氧化钼在凝聚相中的作用，其结果表明，仅仅是添加四份三氧化钼，烟密度居然下降了约22%，其主要原因是，三氧化钼促进了阻燃交联成碳。

张忠厚研究了三氧化钼对硬质聚氯乙烯裂解性能，结果表明，三氧化钼的用量为30%，聚氯乙烯材料的最大密度降低了28%，热失重分析表明，没有经过改性的聚氯乙烯在失重第一阶段不但脱去大量HCL结构，而且该共轭链在裂解温度下发生了较多的环化反应，生成大量芳香化合物，三氧化钼明显促进了聚氯乙烯脱去HCL反应，使共轭分子链主要形成不易发生环化反应的反式结构，显著减少了芳香化合物有害气体生成，使材料烟量有所降低。

硼酸锌和稀酸锌在聚合物阻燃方面也有较为广泛的应用，刘晓亮研究了硼酸锌在阻燃PC体系对于烟密度的影响，加入一定含量的硼酸锌，能够有效降低该材料的烟密度，提高阻燃的性能，其主要原理是由于硼酸锌高温时释放结晶水，形成粘稠物，延缓了材料的燃烧进程，使热释放速率、烟释放速率降低，阻燃性能提高。

硼酸锌的加入，使得该材料的热稳定性提高，对材料的力学及流动性也有很大的影响。

黄年华研究西了锡酸锌对环氧树脂酸酐固化物性能的影响，采用了极限氧指数法、运动分析和烟密度测试法，研究了磷酸三苯酯，锡酸锌，对于该固化物的抑烟机理，研究表明锡酸锌对于该材料具有很好的抑烟效果，增加了高温下的热稳定性，降低了热失重速率等，在气相中发挥了阻燃的作用，磷酸三苯酯分解时形成的液态磷化物吸附少量的烟尘，锡酸锌和磷酸三苯酯同时使用，具有很强的抑烟协同效果。

3.结束语
目前，金属化合物在聚合物的抑烟作用已经得到了广泛运用，但是由于金属化合物在聚合物的相容性上还存在着较大问题，两者之间的力学性能还存在偏差，因此提高金属化合物聚合物相容性是一个很好研究的方向。

另外，金属化合物作为添加剂，是否能够有效的应用在烟火药中，使烟火药的烟雾产生量减小，也可以做为下步的一个研究方向。

参考文献：
[1]胡超. 铁基催化剂的碳烟催化燃烧研究[D]. 安徽:中国科学技术大学,2017.
[2]刘秀,许冬梅,张华荣,等. 三氧化钼对阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料的抑烟研究[J]. 中国塑料,2014,28(10):14-18.
[3]刘晓亮,杨波,丁正亚,等. 硼酸锌阻燃抑烟PC/ABS的研究[J]. 合成材料老化与应用,2016,45(1):15-18,90. 作者简介：
魏子博，男(汉族)，1993年出生，黑龙江省佳木斯市，本科，武警工程大学，研究方向：军事装备。