阻燃剂与消烟剂原理

塑料阻燃与消烟基本原理

(1)塑料的阻燃机理

要弄清塑料阻燃的基本原理,首先要了解塑料的燃烧过程。塑料的燃烧过程是一个极其复杂的热氧化反应过程,导致燃烧的基本要素为热、氧和可燃气体。

般认为,塑料的燃烧经历了如下三个阶段

***阶段——热引发过程。来自外部的热源或火源的热量导致塑

料发生相态变化(即从固态转化为液态)和化学变化。第二阶段

热降解过程。这一过程为吸热反应;当塑料吸收的热量足以克服分子内原子间某些弱小键能时,塑料开始发生降解反应。这种反应的实质是在空气中氧存在下的一种自由基链式反应,反应的结果产生气相可燃物体,如各种单体***烃类等。第三阶段—引燃过程。当第二阶段热降解反应生成可燃物的浓度达到着火极限后,与大气中的氧气相遇;在火焰的热量促使环境温度升高到足以使可燃性气体自燃时,从而引发塑料燃烧。燃烧部分所产生的热量通过传导、辐射和对流等方式传递给相邻部分,相邻部分吸收后,导致热降解并产生可燃物,也开始燃烧,如此传递。这时即使撤去原来的火源,塑料仍将持续燃烧。

从上面燃烧过程可以看出,除外界热源和氧两个因素外,塑料的燃烧性与其本身下列因素有关:

a.热降解反应的难易程度;

b.热降解产生气体的组成;

c.热降解产生气体与氧气混合速度;

d.热量在塑料上的传递速度。

因此,不同塑料的可燃性不同。

塑料的阻燃过程也是一个极其复杂的物理和化学过程。目前虽建立了一些阻燃机理,但仍有些争议。塑料阻燃的基本原理在于干扰氧化、热及可燃气体三个维持燃烧的基本要素。

普遍认为阻燃剂对塑料的阻燃行为主要是通过冷却(降低热量)、隔绝(隔绝氧气)及终止反应(消灭可燃物体)等几个方面来实现的。利用阻燃剂热分解反应所需热量和塑料热降解所需的汽化热,降(1)冷却机理

低塑料表面的温度,从而阻止塑料的热降解反应,防止可燃物体的产按着这类机理实现阻燃的阻燃剂主要为无机金属氢氧化物,如生,从而达到阻燃效果。

A(OH)、Mg(OH)2及水合硼酸锌等,其阻燃反应为:2Al(OH)3-Al,,+3H,O-398kJ/mol

(2)稀释机理

通过阻燃剂受热分解而产生大量不可燃气体,如HO、CO、NH、N2及HX等,以冲淡塑料分解产生可燃气体的浓度,使之降低到着火浓度以下,从而达到气相阻燃效果。

(3)隔离膜机理

隔离膜方式有两种。一种为阻燃剂分解产生较重的不燃气体或高沸点液体,覆盖于燃烧物的表面,隔绝氧气和可燃物相互扩散。按此机理阻燃的阻燃剂有:有机氮类(分解可产生N2及HO)、***胺及***胺等。另一种为阻燃剂的热分解促使塑料表面迅速脱水并发生碳化,形成一层碳化层,这种碳化膜即为阻燃隔离膜。按此机理阻燃的阻燃剂主要为:硼系、磷系及卤化系等;尤其是近年来发展起来的膨胀型阻燃剂,在燃烧条件下所形成的隔离膜,其厚度为其它阻燃剂所形成隔离膜的7~8倍,可见其阻燃效果十分好。(4)终止链锁反应机理

阻燃剂分解产生一种能捕获自由基的物体,从而消灭燃烧链反应中产生的自由基,终止氧化反应。有机卤化物按照此机理进行阻燃。如卤系阻燃剂在燃烧温度下分解生成卤化氢(HX),HX具有捕获HO自由基的能力,使之转化为低能量的X·自由基和水;X·自由基通过与烃类反应,再生成HX;如此循环往复,从而达到终止链反应的作用不同卤系阻燃剂分解产生的卤化氢(HX)、捕获自由基的能力不样,其大小依次为DBr>cl>F

从上式可以看出,氟化物几乎不起阻燃作用;碘化物阻燃效果虽好,但稳定性太差,不具备实用价值;因此常用***化物,其次为氯化物

应当强调的是,同一种阻燃剂可能同时按几种不同的阻燃机理进行阻燃。因此不同类型的阻燃剂协同使用,会起到比简单加合更好的效果

如磷化物燃烧时生成的偏磷酸盐可以聚合成稳定的多聚态,成为塑料的保护层;磷酸又可促进塑料表面碳化作用。

再如磷和卤素协同使用时效果更好,因为两者反应可生成卤化磷(如PBr3及PBr等)。它们具有极大的蒸汽密度,可覆盖于火焰表面隔绝氧气并可冲淡可燃气体的浓度。

又如三氧化二锑本身阻燃效果不好,但与卤化物并用后,两者可发生反应,在塑料表面形成卤化锑(SbX3)和卤氧化锑(SbOX)。上述两种气体为不燃气体,可冲淡可燃气体和隔绝氧化;同时其挥发又可吸收大量热量,降低塑料表面温度,发挥多种阻燃效果。

(4)新型环保型阻燃母粒

***阻燃母粒 5003 阻燃聚丙烯母粒是一种以磷、氮、***为主要阻燃元素的环保型聚丙

烯母粒，其一方面依靠凝固相和气相双重阻燃发挥协同效应提高了阻燃效率，另一方面通过催化机制加速体系熔融滴落而起到阻燃作用。PP 与 5003 按 9:1 的比例混合，阻燃级别可以达到 UL94 V-2(1.5mm 和 3.0mm)，且阻燃效果达到接近 UL94 V-0 的水平。5003已经通过美国 UL 认证，并满足 RoHS、SVHC、PFOS&PFOA、17P、PAHs 等***对产品的要求。使用 5003 的产品还具有阻燃制品密度小、发烟量低、对模具腐蚀小的特点。

主要用途：电子电器产品，建筑行业产品等等。