阻燃高分子材料
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阻燃高分子材料
Flame-retarded Ploymeric Materials
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火灾数量发展趋势
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目录
高分子阻燃剂的简介
高分子阻燃材料分类
阻燃机理和阻燃技术
阻燃高分子材料的应用与发展
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高分子阻燃剂的简介
在阻燃材料发展迅猛的今天，关于阻燃剂的研究越来 越受到人们的重视，各类新型的阻燃剂应运而生，高分子 阻燃剂就是其中的一大类。 由于高分子阻燃剂使用方便，阻燃效果好，低烟低毒， 相溶性，分散性好，同工程塑料共混容易，加之本身耐热 温度高，耐化学药品性能好，因此既具有阻燃的作用、又 有共混复合的效果。不仅对基体塑料的物理机械性能和加 工性能影响很小，对于一些基本塑料的物理机械性能和加 工性能还能有所改善。由于高分子阻燃剂与低分子阻燃剂 相比具有许多优越性，以致于国内外在这方面研究的人越 来越多。
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阻燃剂是一类能够阻止塑料引燃或抑制火焰 传播的助剂。根据其使用方法可分为添加型和反 应型两类，添加型阻燃剂是在塑料的加工过程中 掺入塑料中，多用于热塑性塑料。反应型阻燃剂 是在聚合物合成过程中作为单体化学键合到聚合 物分子链上，多用于热固性塑料，有些反应型阻 燃剂也可用作添加型阻燃剂。按照化学结构，阻 燃剂又可分为无机和有机两类，在这些化合物中 多含有卤素和磷，有的含有锑、硼、铝等元素。
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中断热交换阻燃机理 这是指将阻燃材料燃烧产生的部分热量带走，致使材料不 能维持热分解温度，因而不能维持产生可燃气体，于是燃 烧自熄。例如，当阻燃材料受强热或燃烧时可熔化，而熔 融材料易滴落，因而将大部分热量带走，减少了反馈至本 体的热量，致使燃烧延缓，最后可能终止燃烧。所以，易 熔融材料的可燃性通常都较低，但滴落的灼热液滴可引燃 其他物质，增加火灾危险性。
吸热效应其作用是使高聚物材料的温度上升发生困难。
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稀释效应此类物质在受热分解时能够产生大量的不燃性气 体，使高聚物材料所产生的可燃性气体和空气中氧气被稀 释而达不到可燃的浓度范围，从而阻止高聚物材料的发火 燃烧。例如，磷酸胺、氯化胺、碳酸胺等加热时就能产生 不燃性气体CO2, NH3, HCl和H2O。 转移效应其作用是改变高聚物材料热分解的模式，从而抑 制可燃性气体的产生。例如，利用酸或碱使纤维素产生脱 水反应而分解成为炭和水，因为不产生可燃性气体，也就 不能着火燃烧。氯化胺、磷酸胺、磷酸酯等能分解产生这 类物质，催化材料稠环炭化，达到阻燃目的。
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凝聚相阻燃机理
阻燃剂在凝聚相中延缓或阻止可产生可燃气体和自由基的 热分解。
阻燃材料中比热容较大的无机填料，通过蓄热和导热使材 料不易达到热分 解温度。
阻燃剂受热分解吸热，使阻燃材料温升减缓或中止。 阻燃材料燃烧时在其表面生成多孔炭层，此层难燃、隔热、 隔氧，又可阻止可燃气进入燃烧气相，致使燃烧中断。膨 胀型阻燃剂就是按此原机理阻燃。
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阻燃剂阻燃作用：
覆盖效应其作用是在较高温度下生成稳定的覆盖层，或分 解生成泡沫状物质，覆盖于高聚物材料的表面，使燃烧产 生的热量难以传入材料内部，使高聚物材料因热分解而生 成的可燃性气体难于逸出，并对材料起隔绝空气的作用， 从而抑制材料裂解，达到阻燃的效果。如磷酸酯类化合物 和防火发泡涂料等可按此机理发挥作用。
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谢谢观赏
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气相阻燃机理 阻燃材料受热或燃烧时能产生自由基抑制剂，从而使燃烧 链式反应中断。 阻燃材料受热或燃烧时生成细微粒子，它们能促进自由基 相互结合以中止链式燃烧反应。 阻燃材料受热或燃烧时释放出大量的惰性气体或高密度蒸 汽，前者可稀释氧 和气态可燃物，并降低此可燃气的温 度 ，致使燃烧终止; 后者则覆盖于可燃气上，隔绝它与空 气的接触，因而使燃烧窒息。可挥发性、低沸点的含磷化 合物，诸如三烷基氧化磷(R3PO) ，属于气相阻燃剂。质 谱分析表明，三苯基膦酸酯和三苯基膦氧在火焰中裂解成 自由基碎片，这些自由基像卤化物一样捕获H· 及O· 游离基， 从而起到抑制燃烧链式反应的作用。
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阻燃高分子材料的加工及应用
常见阻燃高分子有以下几类应用： 阻燃聚酯纤维。主要应用集中在磷系阻燃聚酯上。 阻燃聚酰胺。主要应用集中在无卤素、力学性能优良 的阻燃聚酰胺。 阻燃热塑性聚酯塑料。发展比较成熟的有含卤阻燃剂和含磷阻燃 剂。 如阻燃PET/PBT/PC等。
阻燃聚乙烯。由于PVC为易燃材料，且是主要的电缆材料，阻燃
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抑制效应(捕捉自由基)，高聚物的燃烧主要是自由Hale Waihona Puke Baidu连锁反 应，有些物质能捕捉燃烧反应的活性中间体HO· 、H · O· 、· 、 HOO· 等，抑制自由基连锁反应，使燃烧速度降低直至火焰 熄灭。常用的溴类、氯类等有机卤素化合物就有这种抑制 效应。 增强效应(协同效应) 有些材料，若单独使用并无阻燃效果 或阻燃效果不大，多种材料并用就可起到增强阻燃的效果。
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含有有机溴化物作阻燃剂的阻燃热塑性塑料发生燃烧时， 存在以下反应。 RH→R·+ H· 链引发 HO· +CO=CO2+H· 链增长(高度放热反应) H· +O2= HO· +O· 链支化
O· +HBr= HO· -+Br· 链转移
HO· +HBr=H2O +Br· 链终止 具有高度反应性的HO· 自由基在燃烧过程中起关键作用。 当HO· 被反应性较差的Br· 取代时，自由基链式反应就发生 终止。
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高分子阻燃材料的分类 聚合物/碳类纳米复合材料 水合金属氧化物复合材料 磷硅添加复合材料
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阻燃机理和阻燃技术
材料的阻燃性，常通过气相阻燃、凝聚相阻燃及中断热交 换阻燃等机理实现。 气相阻燃：抑制促进燃烧反应链增长的自由基而发挥阻燃 功能。 凝聚相阻燃：在固相中延缓或阻止高聚物热分解起阻燃作 用。 中断热交换机理类的阻燃：将聚合物燃烧产生的部分热量 带走而导致的阻燃。 阻燃都是十分复杂的过程，实际上很多阻燃体系同时以几 种阻燃机理起作用。
性能的提高对于安全使用十分重要。 阻燃聚丙烯。PP也是易燃材料，它的阻燃主要采用溴化物和三氧
化二锑复合阻燃体系、有机硅复合阻燃体系、膨胀阻燃体系等。
阻燃复合材料。主要有PA、PET、PBT、PS 与粘土纳米材料复合 阻燃体系。
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阻燃剂发展方向：
无卤阻燃剂。由于环保需求及法规越来越紧迫，开发无卤 阻燃剂是个大方向。 膨胀型阻燃剂。该类阻燃剂在受热时能形成多孔、膨胀和 致密的碳层隔绝热量传递并阻止可燃性、挥发性物质的扩 散而达到阻燃的目的。 高分子阻燃剂。解决低分子阻燃剂与聚合物相容性不好的 缺点。
Flame-retarded Ploymeric Materials
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火灾数量发展趋势
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高分子阻燃剂的简介
高分子阻燃材料分类
阻燃机理和阻燃技术
阻燃高分子材料的应用与发展
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高分子阻燃剂的简介
在阻燃材料发展迅猛的今天，关于阻燃剂的研究越来 越受到人们的重视，各类新型的阻燃剂应运而生，高分子 阻燃剂就是其中的一大类。 由于高分子阻燃剂使用方便，阻燃效果好，低烟低毒， 相溶性，分散性好，同工程塑料共混容易，加之本身耐热 温度高，耐化学药品性能好，因此既具有阻燃的作用、又 有共混复合的效果。不仅对基体塑料的物理机械性能和加 工性能影响很小，对于一些基本塑料的物理机械性能和加 工性能还能有所改善。由于高分子阻燃剂与低分子阻燃剂 相比具有许多优越性，以致于国内外在这方面研究的人越 来越多。
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阻燃剂是一类能够阻止塑料引燃或抑制火焰 传播的助剂。根据其使用方法可分为添加型和反 应型两类，添加型阻燃剂是在塑料的加工过程中 掺入塑料中，多用于热塑性塑料。反应型阻燃剂 是在聚合物合成过程中作为单体化学键合到聚合 物分子链上，多用于热固性塑料，有些反应型阻 燃剂也可用作添加型阻燃剂。按照化学结构，阻 燃剂又可分为无机和有机两类，在这些化合物中 多含有卤素和磷，有的含有锑、硼、铝等元素。
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中断热交换阻燃机理 这是指将阻燃材料燃烧产生的部分热量带走，致使材料不 能维持热分解温度，因而不能维持产生可燃气体，于是燃 烧自熄。例如，当阻燃材料受强热或燃烧时可熔化，而熔 融材料易滴落，因而将大部分热量带走，减少了反馈至本 体的热量，致使燃烧延缓，最后可能终止燃烧。所以，易 熔融材料的可燃性通常都较低，但滴落的灼热液滴可引燃 其他物质，增加火灾危险性。
吸热效应其作用是使高聚物材料的温度上升发生困难。
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稀释效应此类物质在受热分解时能够产生大量的不燃性气 体，使高聚物材料所产生的可燃性气体和空气中氧气被稀 释而达不到可燃的浓度范围，从而阻止高聚物材料的发火 燃烧。例如，磷酸胺、氯化胺、碳酸胺等加热时就能产生 不燃性气体CO2, NH3, HCl和H2O。 转移效应其作用是改变高聚物材料热分解的模式，从而抑 制可燃性气体的产生。例如，利用酸或碱使纤维素产生脱 水反应而分解成为炭和水，因为不产生可燃性气体，也就 不能着火燃烧。氯化胺、磷酸胺、磷酸酯等能分解产生这 类物质，催化材料稠环炭化，达到阻燃目的。
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凝聚相阻燃机理
阻燃剂在凝聚相中延缓或阻止可产生可燃气体和自由基的 热分解。
阻燃材料中比热容较大的无机填料，通过蓄热和导热使材 料不易达到热分 解温度。
阻燃剂受热分解吸热，使阻燃材料温升减缓或中止。 阻燃材料燃烧时在其表面生成多孔炭层，此层难燃、隔热、 隔氧，又可阻止可燃气进入燃烧气相，致使燃烧中断。膨 胀型阻燃剂就是按此原机理阻燃。
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阻燃剂阻燃作用：
覆盖效应其作用是在较高温度下生成稳定的覆盖层，或分 解生成泡沫状物质，覆盖于高聚物材料的表面，使燃烧产 生的热量难以传入材料内部，使高聚物材料因热分解而生 成的可燃性气体难于逸出，并对材料起隔绝空气的作用， 从而抑制材料裂解，达到阻燃的效果。如磷酸酯类化合物 和防火发泡涂料等可按此机理发挥作用。
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谢谢观赏
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气相阻燃机理 阻燃材料受热或燃烧时能产生自由基抑制剂，从而使燃烧 链式反应中断。 阻燃材料受热或燃烧时生成细微粒子，它们能促进自由基 相互结合以中止链式燃烧反应。 阻燃材料受热或燃烧时释放出大量的惰性气体或高密度蒸 汽，前者可稀释氧 和气态可燃物，并降低此可燃气的温 度 ，致使燃烧终止; 后者则覆盖于可燃气上，隔绝它与空 气的接触，因而使燃烧窒息。可挥发性、低沸点的含磷化 合物，诸如三烷基氧化磷(R3PO) ，属于气相阻燃剂。质 谱分析表明，三苯基膦酸酯和三苯基膦氧在火焰中裂解成 自由基碎片，这些自由基像卤化物一样捕获H· 及O· 游离基， 从而起到抑制燃烧链式反应的作用。
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阻燃高分子材料的加工及应用
常见阻燃高分子有以下几类应用： 阻燃聚酯纤维。主要应用集中在磷系阻燃聚酯上。 阻燃聚酰胺。主要应用集中在无卤素、力学性能优良 的阻燃聚酰胺。 阻燃热塑性聚酯塑料。发展比较成熟的有含卤阻燃剂和含磷阻燃 剂。 如阻燃PET/PBT/PC等。
阻燃聚乙烯。由于PVC为易燃材料，且是主要的电缆材料，阻燃
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抑制效应(捕捉自由基)，高聚物的燃烧主要是自由Hale Waihona Puke Baidu连锁反 应，有些物质能捕捉燃烧反应的活性中间体HO· 、H · O· 、· 、 HOO· 等，抑制自由基连锁反应，使燃烧速度降低直至火焰 熄灭。常用的溴类、氯类等有机卤素化合物就有这种抑制 效应。 增强效应(协同效应) 有些材料，若单独使用并无阻燃效果 或阻燃效果不大，多种材料并用就可起到增强阻燃的效果。
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含有有机溴化物作阻燃剂的阻燃热塑性塑料发生燃烧时， 存在以下反应。 RH→R·+ H· 链引发 HO· +CO=CO2+H· 链增长(高度放热反应) H· +O2= HO· +O· 链支化
O· +HBr= HO· -+Br· 链转移
HO· +HBr=H2O +Br· 链终止 具有高度反应性的HO· 自由基在燃烧过程中起关键作用。 当HO· 被反应性较差的Br· 取代时，自由基链式反应就发生 终止。
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高分子阻燃材料的分类 聚合物/碳类纳米复合材料 水合金属氧化物复合材料 磷硅添加复合材料
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阻燃机理和阻燃技术
材料的阻燃性，常通过气相阻燃、凝聚相阻燃及中断热交 换阻燃等机理实现。 气相阻燃：抑制促进燃烧反应链增长的自由基而发挥阻燃 功能。 凝聚相阻燃：在固相中延缓或阻止高聚物热分解起阻燃作 用。 中断热交换机理类的阻燃：将聚合物燃烧产生的部分热量 带走而导致的阻燃。 阻燃都是十分复杂的过程，实际上很多阻燃体系同时以几 种阻燃机理起作用。
性能的提高对于安全使用十分重要。 阻燃聚丙烯。PP也是易燃材料，它的阻燃主要采用溴化物和三氧
化二锑复合阻燃体系、有机硅复合阻燃体系、膨胀阻燃体系等。
阻燃复合材料。主要有PA、PET、PBT、PS 与粘土纳米材料复合 阻燃体系。
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阻燃剂发展方向：
无卤阻燃剂。由于环保需求及法规越来越紧迫，开发无卤 阻燃剂是个大方向。 膨胀型阻燃剂。该类阻燃剂在受热时能形成多孔、膨胀和 致密的碳层隔绝热量传递并阻止可燃性、挥发性物质的扩 散而达到阻燃的目的。 高分子阻燃剂。解决低分子阻燃剂与聚合物相容性不好的 缺点。