针对燃烧反应和燃烧机理,阻燃剂大致有以下几类阻燃机理:
阻燃机理:
①、凝聚相阻燃机理
②、自由基捕获机理
③、冷却机理
④、不燃性气体机理
⑤、协同作用机理
阻燃是个十分复杂的过程,实际上很多阻燃体系是同时有多种阻燃机理在起作用。
①、凝聚相阻燃机理
高温下阻燃剂在聚合物表面形成凝聚相,隔绝空气、阻止热传递、降低可燃性气体释放量,从而达到阻燃目的。
A、玻璃状保护膜
阻燃剂在燃烧温度下分解成为不挥发、不氧化的玻璃状薄膜,覆盖在材料的表面上,隔离空气(或氧),从而达到阻燃的目的。硼系和磷系阻燃剂具有类似机理。
B、隔热焦炭层
阻燃剂在燃烧温度下使材料表面脱水炭化,形成一层多孔性隔热焦炭层,从而阻止热的传导而起到阻燃作用。
如磷系阻燃剂对含氧聚合物的阻燃作用即是此机理。
②、自由基捕获机理
在聚合物燃烧过程中,大量生产的游离基HO·和H·促进气相燃烧反应。如能设法捕获并消灭这些游离基,切断自由基连锁反应,即可控制燃烧,进而达到阻燃目的。
卤素阻燃剂的阻燃机理就属此类
③、冷却机理
阻燃剂发生吸热脱水、相变、分解或其他吸热反应,降低聚合物表面和燃烧区域的温度,防止热降解,进而减少了可燃性气体的挥发量,最终破坏维持聚合物持续燃烧的条件,达到阻燃目的。
氢氧化铝、氢氧化镁颇具代表性。
产生的水被汽化,需要吸收大量的热量,从而降低聚合物温度,减缓和阻止燃烧。还可降低可燃性气体的浓度。
④、不燃性气体机理
这类阻燃剂能在受热时分解出大量不燃性气体,如:CO2、N2、NH3、H2O、HCl、HBr等,可以稀释可燃性气体和冲淡燃烧区氧的浓度,阻止燃烧发生。
这类阻燃剂的代表为含卤阻燃剂和含氮阻燃剂。
有机卤素化合物受热后释放出HX。HX是难燃气体,不仅稀释空气中的氧,而且其相对密度比空气大,可替代空气形成保护层,使材料的燃烧速度减缓或熄灭。
⑤、协同作用机理
阻燃剂的复配是利用阻燃剂之间的相互作用,从而提高阻燃效能,称为协同作用体系。
常用的有:
A、锑—卤体系
B、磷—卤体系
C、磷—氮体系
A、锑—磷体系
常用的锑为Sb2O3 (产生SbCl3气体),卤化物常用的是有机卤化物。
SbCl3是沸点不太高的挥发性气体,不燃,气体相对密度大,能长时间停留在燃烧区内稀释可燃性气体,隔绝空气,起到阻燃的作用;它还能捕获燃烧性的游离的自由基H·、HO·和·CH3等,起到抑制火焰的作用。
B、磷—卤体系
当磷和卤素共存时,阻燃效果会比单独存在时要好,两者反应生成卤化磷,如PBr3、PBr5等。卤化磷具有较大的蒸气密度,气体覆盖于火焰表面以隔绝氧气和稀释可燃物的浓度。同时生成的卤化氢又能捕捉燃烧反应生成的自由基。
C、磷—氮体系(膨胀型阻燃剂)
磷化物和氮化物在高温下表面形成膨涨性焦炭层,它起着隔热阻氧保护层的作用,含氮化合物起着发泡剂和焦炭增强剂的作用。
磷提供酸源(脱水剂),与树脂作用,促进炭化物的生成。
氮提供气源(发泡剂),可以使体系膨胀发泡,对炭化层的形成也有促进作用,形成多孔泡沫炭层。
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