阻燃文献综述

常州大学

硕士学位论文开题

文献综述报告

报告题目环氧树脂阻燃技术研究进展

Research Progress in Flame Retardant of Epoxy Resin

论文题目环氧树脂/无机纳米复合材料的制备与协效阻燃性能研究Preparation and Synergist Flame Retardancy of Epoxy Resin/inorganic Nanocomposites

学号10101139

姓名周磊

导师庄韦俞强

研究方向聚合物基复合材料

二级学科高分子化学与物理

一级学科化学

学院材料科学与工程学院

2011年 10 月 15 日

环氧树脂阻燃改性研究进展

环氧树脂（EP）是含有两个或两个以上环氧基团，以脂肪族、脂环族或芳香族链段为主链的高分子预聚物，是一类十分重要的热固性树脂。它因具有粘结强度高、稳定性好、收缩率低、机械强度高以及可加工型好等优点，在国民经济的各个领域都得到了广泛应用，如涂料、胶黏剂1、绝缘材料、工程构件以及先进复合材料等2。但是环氧树脂热稳定性不高，氧指数（LOI）仅为19.8%，属于比较容易燃烧的聚合物材料。这对环氧树脂的广泛应用造成了极大的影响。而且，环氧树脂作为一种合成的高分子材料，在热裂及燃烧时可产生大量热量和烟尘，给人们的生命安全带来了重大威胁。为此对环氧树脂进行阻燃改性势在必行。

1环氧树脂的燃烧及阻燃机理

1.1环氧树脂的燃烧历程

环氧树脂的燃烧是一个十分复杂的物理化学过程，但是在燃烧之前，不外乎也要经历热解、燃烧释热和生烟三个过程，同时也需要可燃物、温度和氧气浓度这三个必要的因素。环氧树脂的燃烧过程可以大致描述如下：

燃

图 1 环氧树脂的燃烧历程

环氧树脂在空气中受到外部热源提供的热量，使得基体温度逐渐升高，大分子链段运动加剧；随着温度的持续升高，分子链中热稳定性能较差的弱键开始断裂，并逐渐引发一系列的自由基分解反应，同时生成残渣和一系列可燃性小分子如CO、丙酮、甲烷、酚类化合物等，可燃性气体向固体表面进行扩散；大量可燃性气体汇聚于固体表面与空气混合形成燃烧反应的“燃料”，燃料到达一定温度后点燃并释放出热量，其中一部分热量向聚合物基体辐射。而就是这一部分热量就足以满足环氧

树脂的分解和点燃过程，形成了一个良好的火焰循环过程，使得环氧树脂离火后便能够持续燃烧3。

值得注意的是环氧树脂是成碳性聚合物，燃烧过程会在表面形成具有一定隔热效果的炭层，从而减缓基体的升温速率，降低热分解速度，但是持续的热量累积仍然会促使环氧树脂燃烧反应的持续进行45。综上所诉，环氧树脂的燃烧过程可以归纳为基体热分解、点燃、燃烧和火焰传播四个过程。

基于上述燃烧历程，只要通过降低向环氧树脂基体的热传递，捕获热分解产生的自由基，抑制可燃性小分子的释放，稀释可燃性气体的浓度等手段终止环氧树脂燃烧过程中的某个环节就是实现环氧树脂的阻燃。

1.2环氧树脂的阻燃机理

和其他材料一样，环氧树脂的阻燃性也常通过气相阻燃、凝聚相阻燃及中断热交换等阻燃机理实现。抑止促进燃烧反应链增长的自由基而发挥阻燃功能的属气相阻燃；在固相中延缓或阻止高聚物热分解起阻燃作用的属凝聚相阻燃；将聚合物燃烧产生的部分热量带走而导致燃烧中断属中断热交换阻燃机理。实际上，燃烧和阻燃是十分复杂的过程，涉及影响燃烧和阻燃因素很多，将一种阻燃体系严格划分为某一种机理是很难的，通常很多阻燃体系是以几种阻燃机理同时起作用6。

1.2.1气相阻燃机理

气相阻燃机理系指在气相中使燃烧中断或延缓燃烧反应的阻燃作用，下述几种情况的阻燃一般属于气相阻燃机理。

（1）阻燃材料受热或燃烧时能产生自由基抑止剂，从而使聚合物燃烧的链反应中断，例如广泛应用的卤-锑协同阻燃体系产生的阻燃作用属于这种机理；

（2）阻燃材料受热或燃烧时生成惰性粒子，促进自由基相互结合以终止燃烧反应；

（3）阻燃材料受热或燃烧时释放出大量惰性气体或高密度蒸汽，前者可稀释氧气和气态可燃物，并降低可燃气体的温度，致使燃烧终止；后者则覆盖于可燃气体上，隔绝它与空气的接触，使燃烧窒息。

1.2.2凝聚相阻燃机理

这是指在凝聚相中延缓或终止阻燃材料的受热分解而产生的阻燃作用。下面几

种情况均属于凝聚相阻燃。

（1）阻燃剂在固相中延缓或阻止可燃气体的产生和自由基的热分解；

（2）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；

（3）阻燃剂因受热分解吸热，使阻燃材料升温缓慢或中止。工业上大量应用的氢氧化铝及氢氧化镁均属于此类阻燃剂；

（4）阻燃材料燃烧时在其表面生成难燃、隔热、隔氧，多孔炭层，阻止可燃气进入燃烧相，导致燃烧中断。膨胀型阻燃剂属于此种阻燃机理。

1.2.3中断热交换阻燃机理

是指将阻燃材料燃烧时产生的大部分热量带走，导致材料不能维持热分解温度，因而不能持续产生可燃气体，使燃烧自熄的阻燃作用。例如，当阻燃材料受强热而燃烧时可熔化，易滴落的熔融材料熔化时，将大部分热量带走，减少了反馈至材料本体的热量，致使燃烧延缓，最后可能中止燃烧过程。所以，易熔融材料的可燃性通常都很低。但不足之处是滴落的灼热液滴可能引燃其他物质，增加发生火灾的危险性。

2环氧树脂阻燃技术

降低聚合物材料的可燃性早己是材料领域研究的目标，科学工作者一直尝试对其进行阻燃改性。阻燃高分子材料主要由高分子材料基体和阻燃剂制成。即通过在高分子材料加工过程中加入添加型阻燃剂或通过反应型阻燃剂参与高分子材料的化学反应成为其中的结构单元从而赋予高分子材料阻燃性。

2.1添加型阻燃技术

在环氧树脂阻燃技术中，最常用的方法是使用填料型阻燃剂。它与结构阻燃法相比，具有工艺简便、成本低廉、原料来源较为广泛、操作方便和阻燃效果较为明显等特点。环氧树脂常用的填料型阻燃剂有卤化物、磷化物、水合氧化铝、铝酸钙和多磷酸铵等。这些阻燃剂单独使用时就可达到较好的阻燃效果，若经过预处理或与其他阻燃剂配合使用则阻燃效果更佳。