高分子阻燃剂..

1.1 在燃烧过程中非阻燃性过程中非阻 燃性聚合物主要起三方面的破坏作用
绝大多数聚合物都是由碳氢元素组成的，具有易 燃性性质，在燃烧过程中会放出大量热量，造成直 接危害的同时，还能使火势迅速扩大。 在燃烧过程中许多聚合物都能释放出大量烟雾和 有毒气体，使火场的能见度降低，有毒气体的吸入 使伤亡增加，救火的难度增大。 在高温下和燃烧过程中聚合物结构件迅速失去其 机械性能，发生坍塌和脱落，给人员脱险和财产抢 救造成更大困难。
高分子阻燃剂简介
目
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
录
阻燃剂的研究背景 阻燃剂的分类 阻燃剂介绍 高分子阻燃剂的结构和阻燃机理 高分子阻燃剂的分类和合成方法 高分子阻燃剂的应用 国内相关的法规
1. 阻燃剂的研究背景


众所周知，大多数合成聚合物是易燃物质，随着 各种聚合物的大量使用，特别是大量作为建筑和 装饰材料，火灾的危险性和危害性大大增加。每 年因为火灾造成的人员伤亡和财产损失都在上升。 聚合物的易燃性已经成为扩大其应用领域的主要 障碍之一。 因此，开发阻燃性聚合物和阻燃添加剂已经是高 分子材料化学研究的当务之急！！！
1.3 高分子阻燃剂的研究进展


开发新型阻燃树脂方面目前已经取得较大进展 它 们的共同特点是分子内存在苯环等芳香结构，分子 间作用力较大，分子中碳氢元素比较大，不含或很 少含氢元素，燃点和熔点较高，在高温下不易分解， 化学和热稳定性较好。是一类特殊的工程塑料。在 受到高温，或者遇到火焰时能发生碳化，而阻止燃 烧的继续。 最常见的这类阻燃树脂主要是一些具有芳香酰胺结 构内酰胺等梯形结构和某些芳香聚脂结构的聚合物。 目前已经有多种商品出售，多数可以制成阻燃纤维 等结构材料。
3.1.2 氢氧化镁

氢氧化镁的分子式为Mg（OH）2，相对分子质量为58.23。作 为阻燃剂，Mg（OH）2与Al(OH)3极其类似，但Mg（OH）2的热 分解温度比Al(OH)3 高的60℃，吸热量高约17%，抑烟能力也较优。 故对于加工温度较高的高聚物，选用Mg（OH）2为阻燃剂比 Al(OH)3更为相宜。 Mg(OH)2分解吸热，失水吸热，水的蒸发吸热，水汽隔绝氧气和可 燃性气体是它的阻燃机理。所生成活性的MgO，也起到阻燃剂及抑 烟剂作用。此外，Mg(OH)2能延迟材料的引燃时间，且由于能催化 氧化烟量，故可减少材料生烟量和烟逸出的速度。还有，高活性的 MgO层能吸收很多物质，包括自由基和碳，后者在材料燃烧时沉积 为灰。Mg(OH)2具有极佳的消烟性能。以Mg(OH)2阻燃PP与以卤锑体系阻燃PP生烟量相比，前者的透光率在90%以上，且不随燃烧 时间而有明显的变化；后者的透光仅15%~40%。Mg(OH)2也具有 很优异的抑制HCl生成的能力，且优于Al(OH)3。在500℃下的HCl 生成量，Mg(OH)2阻燃的仅为Al(OH)3阻燃的40%，未阻燃的36%。
3.1.4 硼酸锌

硼酸锌具有阻燃、抑烟、成炭、抑阴燃和防止熔滴生成等多种功能。 在阻燃不饱和聚酯、环氧树脂、PBT、PET及尼龙等多种塑料中， 硼酸锌可单独用做卤系阻燃剂的增效剂，全部代替氧化锑，也可与 氧化锑混合使用。但硼酸锌的增效作用与卤系阻燃剂的类型十分有 关。 硼酸锌价廉，无毒，无刺激，在低于260℃时仍含有结晶水，以共 价键与羟基键合。硼酸锌的另一个吸引人之点是它对很多聚合物的 强度、伸长率及热老化没有什么影响。硼酸锌似乎可同时在气相及 凝聚相起作用，它与含卤高聚物作用能产生氯化锌和氯氧化锌，此 两者均系自由基终止剂，这点与Sb2O3作用类似。另外，硼酸锌可 促进成炭。 近来出现了超细的硼酸锌、耐热的硼酸锌、无水的硼酸锌、高水的 硼酸锌等各种新的品种。
3. 阻燃剂介绍
3.1 无机阻燃剂
无机阻燃剂是根据其化学结构习惯分出的一 类阻燃剂，包括氢氧化铝、氢氧化镁、氧化锑、 及硼酸锌等。需要说明的是历来有人将三氧化二 锑归于这一类，但严格来讲，三氧化二锑本身不 是阻燃剂，它只是与卤素类阻燃剂合用的协效剂。
3.1.1 氢氧化铝
氢氧化铝亦名三水合氧化铝（ATH），分子式为Al(OH)3或 Al2O2· 3H2O, Al2O3· 3H2O的相对分子质量为156.00。水合氧化铝 并非真正的水合物，而是一种结晶的氢氧化铝Al(OH)3，铝和氢氧 根之间的键是离子键，且所有的氢氧基本上是等价的。水合氧化铝 （Al2O3· nH2O）的变体很多，作为阻燃剂的ATH，主要是α-三水 合氧化铝，常以α- Al(OH)3表示。氢氧化铝可以是结晶的或无定形 的，α- Al(OH)3属单斜晶系。 氢氧化铝是无机阻燃剂中最主要的一种，就消耗量而言，在所有阻 燃剂中稳居首位，目前全球的耗量约为450kt，占阻燃剂总耗量的 约45%，占无机阻燃剂耗量的70%。抑烟、低腐蚀，且价格低廉， 预计在今后几年间，其用量的年平均增长速度可达5.0%，高于其他 类阻燃剂。
缩聚反应阻燃聚合物的合成方法和分子结 构图示如下：
NH3 COOH O C NH3 COOH
NH3
O C
H N
H N n
O O O
O O O
ຫໍສະໝຸດ Baidu
O N
Nomex
O N O n
NH3
O
Kapton
CH3Cl HO
COOH
O C O H n
CH3
O
图１ 一些阻燃型树脂的结构与聚合反应
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2. 阻燃剂的分类
3.1.3 三氧化二锑

三氧化二锑的分子式为Sb2O3，相对分子质量为291.60，理论锑含 量83.54%。Sb2O3为白色结晶，受热时显黄色。它有两种晶型， 一种是立方晶型（稳定型，）另一种为斜方晶型，以干法制得的工 业Sb2O3主要是立方晶体。立方晶型Sb2O3的密度为5.2g/cm3，折 光率为2.087。Sb2O3的熔点为656℃，沸点为1425℃，熔化热为 54.4~55.3kJ/mol，蒸发热为36.3~37.2kJ/mol，标准生成焓为692.5kJ/mol。不熔于水和乙醇，溶于盐酸、浓硫酸、浓碱、草酸、 酒石酸和发烟硝酸。 各种牌号的工业品位Sb2O3作为阻燃剂都是等效的，但Sb2O3的粒 径对被阻燃高聚物的抗冲击强度有很重要的影响。目前用于阻燃各 类塑料的普通Sb2O3的平均粒径一般为1~2μm，可用于阻燃纤维的 超细氧化锑的平均粒径在0.3μm左右，而超微细Sb2O3的平均粒径 则可小至0.03μm。
1.2 消除火灾中聚合物的这些危害 主要在以下三个方面研究：

首先，发展新型阻燃树脂，从根本上解决聚合 物的易燃问题。 其次，在已有易燃聚合物中加入可以阻止燃烧 的添加剂。 此外，对由易燃聚合物组成的物品进行表面阻 燃处理也是一种实用的高分子产品防火阻燃方 法，但是这种阻燃处理剂多数不属于功能高分 子范畴。