低水合硼酸锌的阻燃机理与应用

第29卷第3期

2008年6月

华　北　水　利　水　电　学　院　学　报

Journa l of Nort h China Institut e of W ate r Conservancy and Hydroe l ec tric Powe r

Vol 129No 13Jun .2008

收稿日期作者简介宋振轩(—),男,河南郑州人,助工,主要从事新型建筑防火保护材料方面的研究文章编号:1002-5634(2008)03-0083-02

低水合硼酸锌的阻燃机理与应用

宋振轩

(郑州市公安消防支队,郑州河南450004)

摘　要:简要介绍了低水合硼酸锌(2Zn O 3B 2O 33.5H 2O)的性质,及作为阻燃剂时的阻燃机理及应用,可

为进一步研究参考.

关键词:硼酸锌;阻燃剂;机理;应用进展中图分类号:O611.3 文献标识码:A

阻燃剂分为有机阻燃剂及无机阻燃剂.有机阻

燃剂主要包括卤系、磷系及卤-磷系;无机阻燃剂主要有氢氧化铝、三氧化二锑、氢氧化镁、硼酸锌等

[1]

.在无机阻燃剂中,三氧化二锑消耗量较大,但

因其不能抑烟又具有一定的毒性,因而其使用受到一定的限制.目前,阻燃技术出现了非锑化趋向,能部分或全部取代三氧化二锑的阻燃剂主要有硼酸锌、锡酸锌、钼化合物等

[2]

.据统计,发生火灾造成

的死亡事故中,80%以上是材料燃烧产生的浓烟和有毒气体造成的.因此,阻燃剂除应具有优良的阻燃效果外,低毒、低烟也是其必不可少的性能.

硼酸锌作为一种环保无机阻燃剂,具有无毒、无污染、阻燃及抑烟的优良性能,特别低水合硼酸锌(2Zn O 3B 2O 3 3.5H 2O )问世后,逐步得到了广泛应用.硼酸锌与其他阻燃剂(三氧化二锑、氢氧化铝等)复配使用,可显著地提高其抑烟、阻燃性能,有着良好的市场前景[3-6].

1　低水合硼酸锌的阻燃机理

1.1　理化性质

低水合硼酸锌为白色结晶粉未,熔点980℃,密度2.71×103kg/m 3,折射率1.58,分子量为434.66,毒性为LD50(口服、大鼠)>10000m g/kg,没有吸入性和接触性毒性,对皮肤、眼睛不产生刺激,没有腐蚀性;不溶于水,易溶于盐酸、硫酸及二甲亚砜,可

溶于氨水生成配合物;不溶于乙醇、正丁醇、苯及其

他有机溶剂;受热至约290℃时开始失去结晶水,到600℃时完全失去结晶水.1.2　阻燃机理

塑料热解后放出H 及R 游离基,H 与空气中的氧气生成活性极大的HO ,能使火焰迅速扩展,二者形成的链反应为

H (热解所得)+O 2→HO

+O

CO (热解所得)+HO

→CO 2+H

因此,阻燃剂要达到阻燃目的,需要:①能够降

低着火物温度,防止聚合物热解出H 和R 游离基;②能够隔绝空气;③能够捕捉活性极大的H O ,阻止火焰扩展.硼酸锌作为阻燃剂可满足上述要求,其阻燃机理为:

1.吸热及稀释.硼酸锌在高于300℃时可失去结晶水,能够起到吸热冷却作用.硼酸锌中的锌约有38%以氧化锌或氢氧化锌的形式进入气相,对可燃性气体进行稀释,使其燃烧速率降低.

2.形成覆盖层.硼酸锌阻燃剂一般与卤素化合物并用,接触火源而受热,其反应方程式为[7]

2Zn O

3B 2O 3

3.5H 2O +22RX →2ZnX 2+6BX 3+

11R 2O +3.5H 2O

ZnX 2沸点高,是固体物质,可覆盖于可燃烧物质表面隔绝空气,抑制可燃性气体产生,同时也阻止了氧化和热的作用;有助于P VC 分解形成脂肪族碳

:2008-02-17

:1981.

氢化合物,最终有利于脱水反应的进行;硼酸能促使

生成大量碳,碳的增加意味着可燃逸出物减少,具有很好的抑烟作用.

3.阻止链反应.当硼酸锌添加到卤素高分子材料中,在燃烧时所产生的BX 3进入气相后与水蒸汽相遇生成HX,在火焰中有卤素原子游离基生成,能阻止自由基间的链反应,因此起到阻燃作用.具体反应为

[8]

HX:HX +HO →H 2O +X

RH +X →R

+HX,　HX +H →H 2+X BX 3:BX 3+3HO

→H 3BO 3+3X

RH +X →R +HX,HX +H →X +H 2

X +X →X 2,X =Cl 或B r

当火灾发生时,硼酸锌呈透明状在聚合物表面,在火焰和火源之间形成一道屏障.在含锑和含卤体系中,硼酸锌有助于形成Sb —O —Cl 基团,在扑灭火焰、抑制烟雾的同时,还可促进聚芳香族结构物质的生成.

2　实际应用

在橡胶中加入Z B 阻燃剂,能延迟橡胶的着火时间和产生“自熄消烟”来防止燃烧的持续和蔓延.在塑料、树脂生产中加入ZB 阻燃剂,可制成阻燃涂塑帆布、阻燃酚醛塑料、不饱和聚酯玻璃钢瓦、塑料电线、电缆防护套等.Z B 阻燃剂粒度细,分散性好,易研磨调制成漆,储存稳定性良好,在阻燃防锈方面较现有添加剂具有较大优势[9].

硼酸锌与传统阻燃剂复配使用能显著地提高其阻燃与抑烟性能.硼酸锌与三氧化二锑并用时制得的聚氯乙烯电缆护套,氧指数从原来的24提高到32～34.硼酸锌与三氧化二锑以(1～3)∶1比例用于含卤树脂,不仅提高阻燃性,而且减少含卤素树脂燃烧发烟量25%.

含2ZnO 3B 2O 3

3.5H 2O 的P VC 于650℃形

成的碳化物中含有原来80%的硼及62%的锌,锌催化P VC 脱氯化氢,使PVC 交联成碳层,2ZnO 3B 2O 3

3.5H 2O 与含卤素材料如含溴的聚酯、尼龙、环氧树脂可起协同增效阻燃作用[10];它在非卤素材料如乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯、苯乙烯、聚氯乙烯、环氧树脂、丙烯酸酯、合成橡胶中与氢氧化铝也能起协同阻燃抑烟作用,并可提高填充料的性能,抑制滴落,提高其机械性能.2Zn O 3B 2O 33.5H 2O 与Sb 2O 3和A l (OH )3同时复配,可降低Sb 2O 3的用量,而阻燃效果更好.因此在不饱和聚酯、环氧树脂、P BT 、PET 、P A 、聚砜、聚苯醚、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯丙烯酸酯共聚物、聚乙烯、A B S 、聚氨酯、聚碳酸酯、EP D M 、丙烯酸中甚为广用.在硅橡胶、电缆料含硅聚合物中单一2ZnO 3B 2O 3 3.5H 2O 本身就是一种优良的阻燃抑烟剂[11].

参　考　文　献

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M echan is m and Appl i ca t i on of 2ZnO

3B 2O 3315H 2O a s F ire R eta rda nt

S ONG Zhen 2xuan

(Zhengzhou De tch ment of Fire Drotecti on,Z hengzhou 450004,China)

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