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高聚物材料的阻燃機理
        高分子材料在工業、民用和建筑等各介領域已得到日益廣泛的應用。但由于這些材料的可燃性,也給人們帶來了潛在的火災危險性。為了克服或降低高分子材料的這種可燃性,便產生了一種新的技術領域——高分子材料阻燃化技術。
        從概念上講,阻止聚合物燃燒最簡單的方法是設計出熱穩定性好或耐高溫的聚合物。這些特種結構的聚合物能阻止初始的鏈斷裂和分解,不易燃燒。在過去一二十年中,對這些聚合物的開發已取得了很大的進展,并且在一些特殊領域已得到了應用。然而這些材料由于存在加工困難,應用性差,生產成本高等問題,大量生產和應用受到限制。                         .
        高聚物的阻燃化,在實際應用中多采用加入添加劑的方法。這種添加劑或阻燃劑大體可分為兩大類:添加型的和反應型的。所謂添加型的阻燃劑,通常是指那些在加工過程中加入到聚合物中,但與聚合物及其他組分不起化學反應而增加阻燃性的添加劑。所謂反應型的阻燃劑一般是在某些加工階段參與化學反應的單體或交聯劑。采用共聚單體的阻燃劑時,一般是在聚合階段通過聚合反應作為聚合物的結構單元并入聚合物中的;而采用交聯劑的阻燃劑時,由于與聚合物起了化學反應,從而作為組成物結構整體的一部分。顯然反應型的阻燃劑具有賦予組成物或聚合物以永久阻燃性的優點。
        選擇阻燃劑應考慮的因素是:淺色;易于并入聚合物或組成物中,與其他組成相容性好;對熱和光的反應穩定,具有良好阻燃性和非遷移性;對聚合物的物理性能沒有明顯的不利影響;阻燃添加劑的毒性要??;價格便宜或適中,然而遺憾的是,現有的絕大多數阻燃劑不能同時都滿足上述這些性能要求,往往添加了它們以后會對上述某些性能產生不利的影響。因此合理的阻燃化過程應當選擇阻燃性和應用性相互和諧統一,切忌片面追求阻燃性指標。
        大部分有機聚合物的持續燃燒是由三個階段組成的。首先聚合物轉化成可燃性的氣體產物,然后這些產物在周圍含氧化劑的氣氛中燃燒,最后,部分燃燒熱返回到固狀聚合物上或溶融狀聚合物上,使聚合物內的可燃性的分解產物持續的補充道火焰中去以維持燃燒。從原則上講,阻燃作用就是通過阻止和減慢上述三個燃燒階段中的一個或者多個來實現。
        1、凝聚相機里
        凝聚相阻燃主要是指阻止有機聚合物的熱分解和釋放出可燃氣體的作用。它可以通過以下方法實現:
       (1)添加能在固相中阻止聚合物熱分解產生自由基鏈的添加劑。
       (2)加入各種無機填料,由于無機填料具有較大的熱容值,因而能起到蓄熱的作用;同事由于它為飛絕熱體因而又起到了導熱的作用。正由于存在著這些作用,才阻止了聚合物的升溫使它達不到熱分解而產生可燃氣體的溫度。
       (3)添加熱吸收后分解的阻燃劑,如水合三氧化鋁等。由于這種添加劑具有吸熱后分解的特點,能有效的維持聚合物處于較低溫度而不致達到熱分解的程度。
       (4)在聚合物材料表面罩以非可燃性的保護涂層,這樣可以使聚合物隔熱、隔氧并阻止聚合物分解出的可燃氣體逸入燃燒氣相 。在應用實例中,膨脹型防火涂料具有代表性,由于它受火的作用后能形成大于本身幾十倍甚至上百倍的炭素保護層,從而起到絕熱、隔氧、保護基質的作用。
       2、氣相機理
        氣相阻燃即對聚合物分解出來的可燃氣體產物的燃燒或對火焰反應產生的阻止作用;可采用以下手段來實現:         
     (1)采用在熱的作用下能釋放出活性氣體化合物的阻燃劑。這種活性化合物通常能對影響火焰形成或增長的自由基產生作用 。工業上常用的鹵族化合物即是以此種方式產生作用的典型實例之一。                                           
     (2)采用在聚合物燃燒過程中能形成細微煙粒子的添加劑,這種煙粒子能以異相對火焰的增長起作用,主要是對燃燒中自由基的結合和終止起催化作用。
     (3)選擇分解時能釋放出大量惰性氣體的添加劑。大量惰性氣體的存在可沖淡聚合物分解的可燃氣體,同時降低聚合物分解產物的溫度,因此所獲得的混合物與周圍的氣體氧化劑不再能使增長。
       3、中斷熱交換機理
        正如前面已提到的,維持持續燃燒的一個重要條件是部分燃燒熱必須反饋到聚合物上,以便使聚合物不斷受熱分解,以提供維持燃燒所需要的燃料源??梢栽O想,如果加入某種添加劑能把燃燒熱帶走不返回到聚合物上,這樣即能中斷燃燒。
        與熱傳遞現象有關的延緩聚合物燃燒的其他手段還有將涂層涂敷于聚合物表面。這種涂層形成后,象膨脹型防火涂料那樣形成了厚厚的炭層,能起到熱傳遞的壁障作用,從而將聚合物基質與燃燒區隔開。
        然而,燃燒過程是一個十分負責的過程,持續的燃燒一般用時涉及上述三個階段,因此,嚴格區分一種阻燃體系的作用和機理是困難的。
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添加時間:2015-11-11 16:42:00          瀏覽次數:0
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