阻燃材料

阻燃材料

1简介

材料的耐燃性通常以其氧指数(OI)来划分。氧指数在22%～27%的为难燃材料，高于27%为高难燃材料。二者统称防火阻燃材料。防火阻燃材料是一种保护材料，它是能够阻止燃烧而自己并不容易燃烧的材料，有固体的如说水泥、钢材、玻璃等材料；有液态的，也简称为阻燃剂，在需防火墙体等各种材料表面上如果涂上阻燃剂，它能保证在起火的时候不被烧着，也不会使得燃烧范围加剧、扩大。

2阻燃机理

2．1凝聚相阻燃机理

这是指在凝聚相中通过延缓或中断固相材料的分解和可燃性气体的产生而达到阻止燃烧的目的。下面几种情况均属于凝聚相阻燃。a)阻燃剂在固相延缓或阻止聚合物的热分解，这种热分解可产生可燃性气体以及维持链式反应进行的自由基。

b)在被阻燃固态物质中加入大量的无机填料，此类填料热容较大。在受热时这类填料可以起到蓄热和导热的作用，因而使被阻燃物不易达到热分解温度。

C) 在高温情况下阻燃剂先于被阻燃材料受热分解，吸收大量的热量，防止被阻燃物质温度升高。工业上大量使用的氢氧化铝及氢氧化镁均

属于此类阻燃材料。

d)加有阻燃剂的聚合物在燃烧时其表面生成很厚的多孔炭层，该层可以起到隔热、隔空气的作用，同时可以阻止可燃性气体进入燃烧气相中，中断燃烧反应的进行。膨胀型阻燃剂是最为典型的此类阻燃材料。2．2气相阻燃机理

气相阻燃是指在燃烧气相环境中进行的阻燃反应，该类型阻燃材料在气相环境中发挥中断或延缓可燃性气体链式燃烧反应的作用。下述几种情况的阻燃效果均发生于气相阶段。

a)阻燃剂受热后产生能够捕捉促进燃烧反应链增长的自由基。广泛使用的卤系阻燃剂即为典型的该类阻燃剂。

b)阻燃剂受热生成能促进自由基结合以终止链或燃烧反应的微粒子。

C) 阻燃剂受热分解能释放出大量的惰性气体，从而稀释空气中氧气和由聚合物分解生成的气态可燃性物质的浓度，并带走部分热量，降低可燃气体的温度，致使燃烧终止。

d)阻燃剂受热释放出高密度的蒸气，此蒸气覆盖于可燃性气体上，隔绝其和空气中氧的接触，从而使燃烧窒息。

2．3．中断热交换阻燃机理

这是指将聚合物燃烧产生的部分热量带走而降低被阻燃材料的吸热量，致使被阻燃材料不能维持热分解温度，不能持续提供燃烧赖以

进行的可燃性气体，于是燃烧自熄。例如，以氯化石蜡为阻燃剂时，由于该类阻燃剂可以促进聚合物的解聚或分解，会促进聚合物的熔化，熔融状态的聚合物会带走燃烧过程中产生的大量的热量，从而减少燃烧体系中的热量，但是带走的热量会引燃其他物质，增加火灾的危险性。

3 阻燃材料种类及介绍

3．1．卤素阻燃材料

卤素阻燃材料是目前使用最广泛的一类阻燃材料，其特点是含有溴、氯等卤族元素。其中含有溴的阻燃材料使用量最大。被阻燃材料中只需要加入少量的卤素衍生物添加剂就可以对耐火耐燃性能有显

著地提高。但是卤素阻燃剂的严重缺点是降低被阻燃聚合物基材的紫外线稳定性，燃烧时生成大量的烟、腐蚀性气体和有毒气体，且卤素阻燃剂一般和氧化锑并用，从而使材料的生烟量和有毒气体生成量更大。在对材料的阻燃研究和使用过程中，人们也逐渐意识抑制火灾烟雾的重要性；对有些材料而言，抑烟甚至比阻燃更为重要，如广泛使用的PVC材料。此外，燃烧产生的浓烟还极大的妨碍了消防救助工作

展开。多溴二苯醚及其阻燃的高聚物热裂解和燃烧产物中含有致癌物四溴代双苯并二嗯烷(PBDD)和多溴代苯并呋喃(PBDF)，会对自然生态环境造成无法弥补的伤害。

3．2．无卤阻燃材料

无卤阻燃剂的品种繁多。目前主要使用的是磷(膦)酸酯，红磷等

磷系阻燃剂和氢氧化铝、氢氧化镁等无机盐阻燃添加剂。

a)无机盐阻燃剂

氢氧化镁、氢氧化铝等无机阻燃剂集阻燃、抑烟、填充三大功能于一身，该类物质无毒、无腐蚀、稳定性好、高温下不产生有毒气体，且来源广泛，日益受到人们的青睐。该类化合物的阻燃机理为冷阱效应，高温时氢氧化物受热分解，吸热大量热量，降低火焰温度；同时分解释放出水蒸气，可以起到稀释可燃气体的作用；分解后生成的金属氧化物具有极高的比表面积，可吸收烟和可燃挥发物质，同时可覆盖在材料表面，形成保护层延缓或阻止燃烧的进行。氢氧化铝和氢氧化镁均为白色粉末。氢氧化铝开始脱水温度200℃，氢氧化镁开始脱水温

度340℃．氢氧化镁热分解温度比氢氧化铝高出140℃，可以使添加氢氧化镁的合成材料能承受更高的加工温度，利于加快挤塑速度，缩短模塑时间，同时亦有助于提高阻燃效率。由于氢氧化镁和氢氧化铝相比具有更多优点，因此氢氧化镁消耗量也越来越大。氢氧化镁和同类无机阻燃剂相比，具有更好的抑烟效果，在生产、使用和废弃过程中均无有害物质排放，且还能中和燃烧过程中产生的酸性和腐蚀性气体。但该类阻燃剂存在的最大问题是要求的有效含量高。氢氧化铝和氢氧化镁作为阻燃剂单独使用时，用量一般在整体材料总质量的40％～60％，这严重影响了材料的同质性和机械性能。阻燃剂在被阻燃材料中如何实现均匀分散成为加工过程中最为重要的问题。

b)磷系阻燃剂

按其性质可分为无机磷系阻燃剂、有机磷系阻燃剂。无机磷系阻燃剂主要包括聚磷酸铵、磷酸盐和红磷等。聚磷酸铵通常简称为APP，是

一种无机阻燃剂， APP使用十分广泛，可用于阻燃塑料、纤维、橡胶、纸张、木材等。APP的另外一个重要用途是作为酸源，和炭源以及气

源并用，组成膨胀系阻燃体系。磷酸盐系列阻燃剂是主要包括磷酸氢二铵、磷酸氢二钠、磷酸锂、磷酸钠、磷酸镁以及磷酸锑等。红磷是一种阻燃性能优良的无机阻燃剂，阻燃效率高，和其他阻燃剂相比，达到相同的阻燃级别所需添加量少，因而对材料的物理、机械性能影响小。其阻燃机理为：红磷受热分解，形成极强脱水性的偏磷酸，从而使燃烧的聚合物表面炭化，炭化层一方面可以减少可燃气体的释放，另一方面还有吸热作用。此外，红磷和氧形成的自由基进入气相后，可以捕捉大量的自由基，中断自由基链式反应。但普通红磷容易吸

潮氧化，红磷在氧化时释放出剧毒的磷化氢气体，且普通红磷和塑料相容性差，在塑料中难以达到均匀分散。另外红磷的颜色也限制了其在高聚物材料中的利用。有机磷系阻燃剂是和卤素阻燃剂并重的有机阻燃剂，主要由磷酸酯、膦酸酯、杂环类等。有机磷系阻燃剂有阻燃和增塑双重功效，可以使阻燃剂完全实现无卤化，并改善塑料在成型过程中的流动性能，产生较少的毒性气体和腐蚀性气体。有机磷系阻燃剂的阻燃机理为：含磷化合物受热分解出酸性物质，这种酸具有脱水作用，纤维材料在酸的作用下脱水碳化形成致密炭层，而发挥阻燃