阻燃材料作业

阻燃材料

在人类发展的历史长河中，火，燃尽了茹毛饮血的历史；火，点燃了现代社会的辉煌。正如传说中所说的那样，火是具备双重性格的“神”。火给人类带来文明进步、光明和温暖。但是，失去控制的火，就会给人类造成灾难。随着社会经济的发展,全世界火灾发生的频率都在逐年升高，。社会对防火材料的需求日月剧增，因此阻燃材料的研究与开发迫在眉睫。

1阻燃材料简介：

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，阻燃剂:能使易燃物质燃烧减慢、终止或难以燃烧的物质。注意：阻燃并非不燃。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。

按所含阻燃元素可将阻燃剂分为卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、磷－卤系阻燃剂、磷－氮系阻燃剂等几类；按组分的不同可分无机盐类阻燃剂、有机阻燃剂和有机、无机混合阻燃剂三种。无机阻燃剂是目前使用最多的一类阻燃剂，按使用方法的不同可把阻燃剂分为添加型和反应型。添加型阻燃剂主要是通过在可燃物中添加阻燃剂发挥阻燃剂的作用。反应型阻燃剂则是通过化学反应在高分子材料中引入阻燃基团，从而提高材料的抗燃性，起到阻止材料被引燃和抑制火焰的传播的目的。

阻燃剂是通过若干机理发挥其阻燃作用的，如吸热作用、覆盖作用、抑制链反应、不燃气体的窒息作用等。多数阻燃剂是通过若干机理共同作用达到阻燃目的。燃烧过程是一种复杂的物理过程和化学过程同时进行的急剧氧化过程。根据燃烧过程和燃烧三要素可设想阻燃机理，以一种或几种物理或化学途径干扰和阻止燃烧过程中的某些步骤的进行，就可以达到阻燃的目的。不同的阻燃剂阻燃机理不同，比较复杂，有许多观点还未取得一致，但阻燃机理的一些基本理论已获得一致。

在物理效应上

1）冷却机理：阻燃剂热分解时的吸热反应和生成不燃性气体的汽化，使燃烧体系温度降低，从而防止聚合物热降解，减少可燃气体挥发量，破坏持续燃烧条件，如氢氧化铝、氢氧化镁及硼酸类无机阻燃剂：2）稀释机理：一些阻燃剂在燃烧温度下释放出诸如H2O，NH3，N2，HX等不燃性气体，稀释了可燃性气体，使之降到着火极限以下，从而起到阻燃作用。另外无机阻燃填充剂不挥发，填充量大，一定程度上稀释了固相中可燃物质浓度。3）隔离膜机理又分为固相隔离和气相隔离。固相隔离:阻燃剂由于燃烧发生的物理或化学作用，在燃烧物体表面形成致密的保护膜，阻止了辐射传热过程，减少或阻止燃烧物被迅速加热、分解，如硼酸锌受热熔化形成玻璃态物质。气相隔离：形成不燃性气体覆盖在燃烧物表面，使燃烧体系与空气隔离。如卤系阻燃剂形成HX覆盖。

在化学效应方面，

1）碳化机理主要指对含氧有机物的阻燃作用，利用阻燃剂的热降解产物使燃烧

物表面迅速脱水，炭化，由于该炭化物具有三维空间的致密结构不易形成火焰的蒸发燃烧和分解燃烧，从而起到阻燃效果。如磷系阻燃剂在燃烧过程中形成脱水性强的聚磷酸，使燃烧物炭化

2）消除自由基（终止自由基链反应）机理。

2材料的发现、发展历程和现状：

约450年BC，埃及人用硫酸铝钾处理木材以降低其可燃性；约200年BC，罗马人用硫酸铝钾和醋的混合物阻燃木材；1638年，粘土和石膏混合物用于阻燃剧院窗帘；1735年，英国人用矾液、硫酸亚铁和硼砂阻燃处理木材和织物；1783年，硫酸铝钾用于降低气球的可燃性;1821年，Gay-L报道磷酸铵、氯化铵和硼砂的混合物是大麻和亚麻的有效阻燃剂；1913年，Perkin采用锡酸钠和硫酸铵阻燃处理棉花20世界30年代，随着合成材料的出现与发展，使火灾威胁增加，阻燃剂和阻燃处理技术的研究也随之发展。1947年，第一部重要的阻燃专著，R.W.Little的《阻燃纺织品》问世。在二次世界大战期间，利用此项技术制成的防火，防火，耐气候和防霉的所谓“四防”帆布，用于户外。60年代后期，一些工业发达国家把阻燃剂钢钒应用于工业。1970年以前，常是根据在用用研究过程中得到的部分和不完全的证据推测而进行的，所以阻燃科学发展缓慢。近几十多年来，采用先进的试验手段和仪器技术，基于基础数据，对阻燃机理进行了比较深入的探讨。国外某些大工厂，公司和高等学校设有研究机构，专门从事某方面的阻燃科学技术研究和发展。

目前国外已出版了多种阻燃科技书刊，从而促进了阻燃科学的发展。随着化学合成技术及科学研究方法的发展，阻燃剂品种日益增多，人们对阻燃剂性质的认识也越来越深入。

自1986年以来，阻燃领域内开展了多溴二苯醚类阻燃剂的毒性与环境问题的争议——即所谓Dioxin问题之争，促进了十溴二苯醚新型替代品（包括膨胀型阻燃剂及无卤阻燃剂）的研究与开发。阻燃剂的无卤化、抑烟及减毒已成为当前和今后阻燃研究领域的前沿课题，但新的、性能优异的溴系和磷系阻燃剂仍在不断地从实验室走向市场。

3材料的应用和前景

随着人们环保、安全、健康意识的日益增强，世界各国开始把环保型阻燃剂作为研究开发和应用的重点，并已经取得了一定的成果。

无机阻燃剂主要品种有氢氧化铝、氢氧化镁、红磷、氧化锑、氧化钼、钼酸氨、硼酸锌、氧化锌、氧化锆、氢氧化锆等，其中以氢氧化铝、氢氧化镁、红磷、氧化锑应用最为广泛，尤其是氢氧化铝、氢氧化镁不仅可以起到阻燃作用，而且可以起到填充作用。它们具有热稳定好、高效、抑烟、阻滴、填充安全、对环境基本无污染等特点，在无卤阻燃材料中得到广泛的应用。

氢氧化铝和水合氧化镁既是阻燃剂又是抑烟剂。由于这类阻燃剂的阻燃作用是吸热效应，其分解湿度低于聚合物的分解温度，吸收了大量的热量，使材料难以达到燃烧温度和热分解温度，因而抑制了烟雾的产生。同碳酸钙一样，氢氧化铝颗粒大小与阻燃和抑烟效果有明显影响，颗粒越小，效果越好。这是因为颗粒小，分解速度快，吸烟效率高。

据统计,全球65%～70%的阻燃剂用于塑料,20%用于橡胶,5%用于纺织

品,3%用于涂料,2%用于纸张及木材[6]。阻燃剂广泛应用于聚氯乙烯、聚烯烃、聚苯乙烯、ABS树脂和聚酯树脂等高分子材料中。

卤素（氟，氯，溴，碘）阻燃剂就应用于PCB，电线电缆，塑胶件，绝缘材料，产品外壳，冷媒、隔热材料等等；

目前广泛用于ABS的阻燃剂还是溴系阻燃剂，如十溴二苯醚(DBDPO)、八溴二苯醚(OBDPO)、1，2双(2，4，6三溴苯氧基)乙烷(BTBPOE)、1，2-双(四溴邻苯二甲酰亚胺)乙烷(BTBPIE)、四溴双酚A(TBBPA)、1，2-双(五溴苯基)乙烷(BPBPE)、溴代环氧树脂(齐聚物)(BER)等。特别可推荐用于ABS的溴系阻燃剂有3个:BTBPOE(熔点约220℃)、OBDPO(熔点130~150℃或80~90℃)及TBBPA(熔点约180℃)，目前工业上生产的阻燃ABS，常采用这3种阻燃剂。

四溴双酚-A在印制电路板广泛使用，及塑料，橡胶，纺织品，纤维和纸张，也可作为反应型溴类阻燃剂，用于制备含溴环氧树脂、含溴聚碳酸脂等阻燃树脂，还可作为添加型阻燃剂，用于环氧树脂、ABS、HIPS、AS等。

阻燃型弹性丙烯酸饰面涂料以紫外光固化技术的100%弹性纯丙烯酸乳液为基料，吸收屋顶涂料配方技术基础上，精选优质颜料及多种助剂加工而成，产品进过特殊设计而达到优异的耐候性和UV保护性，具有很好的柔韧性不会开裂，添加的一种优异性阻燃材料使涂层具有优异阻燃性能，同时涂层具有优异的装饰性。主要用于保护建筑屋面材料如硬质聚氨酯泡沫、改性沥青卷材、聚苯板等。

线缆阻燃材料是在以基体聚合物(或称树脂)为主体,加入增塑剂、热稳定剂、润滑剂、抗氧化剂、抗紫外线剂等的体系中增加了阻燃成分,从而起到阻止材料被引燃和抑制火焰传播的作用。

2012年10月，中国科学院青岛生物能源与过程研究所仿生能源与储能系统团队历经3年多的科研攻关，在动力锂离子电池隔膜领域取得突破性进展，成功开发出具有自主知识产权的高安全性阻燃生物质复合材料的动力锂电池隔膜，并达到中试生产规模；

看法和心得：

阻燃产品技术服务的日益重要而为人们所重视。阻燃剂的出现和阻燃技术的进步及其制造工艺的改进，阻燃材料的用量和品种都在逐年增加。但无论在基础研究方面还是应用研究方面，我国与发达国家都存在很大差距。尽管如此，一些新的研究方向如绿色阻燃剂的研究及本质阻燃高分子的研究工作都在国内开始起步，并引起了业内科学家及研究人员的高度重视，相信作为阻燃这一领域能在我国得到重视并发挥越来越重要的作用。

参考文献

[1] 尚建壮 环保型阻燃剂现状及前景分析[J] 化学工业 2007 27(4)

22-25

[2] 蔡永源，范华，陈红. 环氧树脂纳米阻燃材料研究进展. 热固性树脂, 2007, 22(6): 50~53

[3]何宽新.有机磷系阻燃剂的作用机理及研究现状[J].科技信息，2008.22:28

[4]欧育湘.无卤生态型高分子阻燃材料[J].阻燃材料与技术，2003 5:1-2

[5]范忠庆.改性聚丙烯在我国汽车工业中的应用[ J].石化 技术与应用, 1999, 17( 4): 236- 239