塑料的阻燃机理

聚合物阻燃技术:

实用阻燃技术主要包括以下三种：

1）接枝和交联改性

在聚合物分子链中引入阻燃元素，如卤素、Si、B和硫等，或者使聚合物交联，可以提供聚合物的阻燃性能。

2）阻燃涂层

将一些不燃的无机物作为外层，如陶瓷涂层，金属涂层或者SiC 涂层等。或者在聚合物的加工过程中加入Si、B、SiC、某些硼酸盐和低熔点玻璃等物质，可以在高聚物燃烧时形成一层无机涂层而阻燃。3）添加阻燃剂

这是主要的阻燃技术。

阻燃效应:

1）吸热效应：使聚合物材料的温度上升发生困难。

o硼砂具有10个分子的结晶水，由于释放出结晶水要夺取141.8kJ/mol热量，因其吸热而使材料的温度上升受到了抑制，从而产生阻燃效果。

o氢氧化镁和氢氧化铝的阻燃作用也是因其受热脱水产生吸热效应的缘故，其中氢氧化铝吸热量为470cal/g；氢氧化镁吸热量

为320cal/g。

o一些热塑性聚合物裂解时常产生的熔滴，因能离开燃烧区带走反应热，也能发挥一定的阻燃效果。如PA6和PA66树脂。

2）覆盖效应：在较高温度下生成稳定的覆盖层，或分解生成泡沫状

物质，覆盖于聚合物材料的表面，使燃烧产生的热量难以传入材料内部，使热分解产生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，起到阻燃的效果。

o磷酸酯类化合物和防火发泡涂料等按此效应发挥作用。

3）稀释效应：受热分解时能够产生大量的不燃性气体，使产生的可燃性气体和空气中的氧气被稀释而达不到可燃的浓度范围，从而阻止聚合物材料的燃烧。

o磷酸胺、氯化胺、碳酸胺等加热时就能产生这种不燃性气体。4）转移效应：改变聚合物材料热分解的模式，从而抑制可燃性气体的产生。

o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。5）抑制效应(捕捉自由基)：聚合物的燃烧主要是自由基链式反应，有些物质能捕捉燃烧反应的活性中间体HO·、H·、O·、HOO·等，抑制自由基链式反应，使燃烧速度降低直至火焰熄灭。

o常用的溴类、氯类等有机卤素化合物就有这种抑制效应。

6）协同效应：有些阻燃剂，若单独使用并无阻燃效果或阻燃效果不大，多种并用就可起到协同阻燃的效果。既提高阻燃效率，又降低阻燃剂的用量。

o三氧化二锑与卤素化合物并用，就是最为典型的例子。

阻燃机理：

聚合物的阻燃常通过气相阻燃、凝聚相阻燃以及中断热交换阻燃等机理实现的。

1）气相阻燃机理：在气相中使燃烧中断或者延缓链式燃烧反应的阻燃作用。

o阻燃材料受到热和燃烧时能产生自由基抑制剂，从而使燃烧链式反应中断。

o阻燃材料受热或燃烧时产生大量的惰性气体或高密度蒸气。

▪卤系以及卤－锑协效阻燃体系。

▪三苯基膦酸酯和三苯基膦氧在火焰中裂解成自由基碎片，这些自由基能捕获H·及O·自由基，从而起到抑制燃烧链式反应的作

用。

▪在红磷的燃烧和裂解中，也形成P·，它们和聚合物中的氧发生反应生成磷酸酯结构。

▪膨胀阻燃体系也可能在气相中发挥作用，其中的胺类化合物遇热可分解产生NH3、H2O和NO，前两种气体可稀释火焰区的

氧浓度，后者可使燃烧赖以进行的自由基淬灭，致使链反应终

止。

2）凝聚相阻燃机理：在凝聚相中延缓或中断阻燃材料热分解而产生的阻燃作用。

o阻燃剂在固相中延缓或阻止产生可燃性气体和自由基的热分解。

如磷酸酯。

o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。

o阻燃剂受热分解吸热，使材料温升减缓或中止。如氢氧化铝和氢氧化镁。

o材料燃烧时在其表面生成多孔炭层，炭层难燃、隔热、隔氧，又可阻止可燃气体进入燃烧气相，致使燃烧中断。如膨胀型阻

燃剂。

3）中断热交换阻燃机理：将阻燃材料产生的部分热量带走，致使不能维持热分解温度，因而不能持续产生可燃性气体，最终材料自熄。

o当阻燃材料受强热或燃烧时易滴落，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。但

滴落的灼热液滴可引燃其它物质，增加火灾危险性。如MCA阻

燃尼龙材料。