高聚物材料的阻燃PPT

SouthChinaUniversityofTechnology聚合物材料的阻燃宁平华南理工大学材料科学与工程学院SouthChinaUniversityofTechnology前言塑料是富含碳和氢的合成有机材料，因而是可燃性的。要将塑料广泛应用于建筑、电气、交通、采矿及其他工业，则必须满足阻燃法规的阻燃要求以及有关技术要求。对塑料阻燃要求的规定已经很具体，并且可以借助于各种不同的燃烧试验进行调控。由于塑料必须用阻燃剂处理以满足阻燃要求，人们研制开发了各种各样的阻燃剂配方。SouthChinaUniversityofTechnology同大多数添加剂相比，阻燃剂会明显降低塑料的性能。因此必须在阻燃剂引起塑料性能降低和要求改进防火安全间进行综合权衡。理想的阻燃剂应当易于引入塑料并与之相容（即不渗出），且不改变其力学性能。SouthChinaUniversityofTechnology什么是阻燃剂?阻燃剂应当是无色、有优良的光稳定性、耐老化且耐水解。阻燃剂必须和聚合物的降解温度相匹配，即阻燃作用始于塑料降解温度以下，且持续于整个降解温度范围内。阻燃剂还必须无腐蚀性、耐温、高效、无味，无有害的生理影响。此外，要求阻燃剂只放出少量的烟及有毒气体且尽可能廉价。SouthChinaUniversityofTechnology为得到以上各种很难得到的性能，针对各种塑料各自的不同应用，已经开发出了许多阻燃配方。这些阻燃配方是以阻燃剂为主，加入增效剂和填充剂而成的。SouthChinaUniversityofTechnology一、聚合物材料的燃烧特性1、发热量大其燃烧热（即1g材料充分燃烧时所发出的热量）绝大部分都比木材和煤高，如木材的燃烧热为14.64KJ/g。煤为23.01KJ/g，而PVC为18.05～28.03KJ/g，PE要达到从45.88～46.61KJ/g。2、火焰温度高多数在2000℃左右SouthChinaUniversityofTechnology3、燃烧速度快4、燃烧释放毒物其热分解的主要产物有:HCl、CO、CO2、NO2、NH3、SO2、苯、醛、甲酸、醋酸等。此外，在燃烧时会产生变形、软化、熔融、滴落等现象，这对燃烧状态有很大影响，常使火灾蔓延扩大，对灭火造成困难。SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology二、聚合物材料的燃烧过程（五步）1、加热熔融2、热分解3、着火受材料如下的性质影响：闪点温度、自燃温度、极限氧指数4、燃烧燃烧净热0继续燃烧燃烧净热0停止燃烧5、火焰传播SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology三、聚合物的燃烧反应历程在燃烧时，有机物首先发生链式热氧化裂解反应，高分子长链迅速崩溃，液态或固态有机物变成可燃气体（小分子烃），其过程大体如下：R—RHO·或HOO·→R·+R·R·O2ROO·RH+ROO·ROOH+R·ROOHRO·+HO·……小分子烃的燃烧也是自由基链式反应，最终生成二氧化碳和水。SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology聚合物的燃烧中，最主要的燃料是氢，而不是碳；在高分子结构上尽可能的将氢元素从分子中取代阻燃的关键是捕捉自由基和阻低自由基的能量。燃烧的聚氯乙烯离开火源自行熄灭，就是因为它在裂解过程中产生了能捕捉自由基的氯化氢。HCl+HO·→H2O+Cl·HCl+HOO·→H2O+1/2O2+Cl·Cl·+Cl·→Cl2SouthChinaUniversityofTechnology四、聚合物的凝聚相反应及其阻燃抑制1、物理抑制凝聚相的阻燃剂通过减缓向火焰提供燃料而起作用SouthChinaUniversityofTechnology2、吸热化学反应利用有机阻燃剂或无机阻燃剂的脱水反应含羟基聚合也能发生脱水反应3、成碳反应降低两相之间能量和可燃物的传递效率减少向火焰输送的燃料量磷化物和硼化物都能加速或加重聚合物表面的碳化SouthChinaUniversityofTechnology五、聚合物材料的阻燃机理和阻燃方法1、聚合物材料的阻燃特性SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology六、自熄性聚合物1、含卤素的聚合物SouthChinaUniversityofTechnology2.主链有磷、氮原子的聚合物SouthChinaUniversityofTechnology3.侧链有磷、氯原子的聚合物SouthChinaUniversityofTechnology4.具有溴、磷原子的聚合物SouthChinaUniversityofTechnology5.高自熄的聚酰亚胺SouthChinaUniversityofTechnology6.（含硫的高聚物）聚苯硫醚耐高温。熔点为280—290℃，塑料制品的热变形温度大于260℃，长期使用温度为200—230℃，短期可承受260℃的高温，耐腐蚀。其耐腐蚀性仅次于聚四氟乙烯(塑料王)，能耐除氧化性介质外的所有无机物质及200℃以下的几乎所有有机溶剂，其耐候性也十分优异，在大气中不易老化，阻燃性。无需加入阻燃剂，即在火上点燃时不滴落、离火时自熄，而其发烟率却远低于卤代聚合物，安全性极高。无毒耐辐射机械性能好绝缘性好尺寸稳定性好加工成型性好OSOO[]nSouthChinaUniversityofTechnology七、阻燃剂及阻燃机理1、基础聚合物的选择本身有一定的阻燃性燃烧传播速度比较小耐热性比较好与填充剂、阻燃剂的相容性比较好SouthChinaUniversityofTechnology2.阻燃剂的阻燃作用吸热效应覆盖效应稀释效应抑制效应增强效应SouthChinaUniversityofTechnology3.作为阻燃剂应具备四个条件：阻燃剂本身是不可燃或低燃性物质。在高分子材料中有较好的分散性。不能破坏被阻燃物质的物理特性。阻燃剂本身或在燃烧条件下不释放有毒气体SouthChinaUniversityofTechnology4.阻燃剂的种类添加型：使用方便，应用范围广，但对聚合物的性能有一定影响，主要用于聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯等树脂中。如氯化石蜡、四溴乙烷、氢氧化铝、氢氧化镁等。反应型：作为单体参加聚合反应，使高分子聚合物具有阻燃性质。操作和加工工艺较复杂如四溴邻苯二甲酸酐、四氯双酚A等都是反应型阻燃剂。主要用于缩聚反应，如聚氨酯、不饱和聚酯、环氧树脂、聚碳酸酯等。SouthChinaUniversityofTechnology①无机阻燃剂和填充剂单独使用就能显示出阻燃效果的——红磷与卤类有机阻燃剂并用显示效果的——二氧化二锑既起填充作用又能放出结晶水而起阻燃效果的——氢氧化铝优点：既能阻燃，又可作为填料可以获得高度的阻燃效果低发烟、无毒害性降低聚合物材料的成本缺点：对聚合物材料的性能有所降低SouthChinaUniversityofTechnology②有机阻燃剂SouthChinaUniversityofTechnology有机磷系阻燃剂在室温下多为液态有毒性、发烟量大、易于水解、热稳定性较差SouthChinaUniversityofTechnology有机卤系阻燃剂大多数氯类阻燃剂的热稳定性较差、毒性较大；溴类阻燃剂的毒性小，阻燃效果好，但价格高；脂肪族和脂环族含溴阻燃剂是阻燃效果最好的阻燃剂，但加工温度较低200℃；芳香族含溴阻燃剂的加工温度可达315℃SouthChinaUniversityofTechnology5.阻燃剂的阻燃机理不同的阻燃剂，其阻燃机理是不同的，但总的看来有物理效应和化学效应之分。物理效应有稀释可燃物的作用、吸热作用和隔离空气的作用；化学作用在碳化作用、消除自由基作用和磷酰化作用。SouthChinaUniversityofTechnology①有机磷系阻燃剂的阻燃机理在固相和液相中发挥阻燃剂主要体现在火灾初期的高聚物分解阶段促进聚合物脱水碳化减少聚合物因热分解而产生的可燃性气体的数量生成碳膜能隔绝外界空气和热对含氧聚合物的作用效果最佳，主要被用在含羟基的纤维素、聚氨酯、聚酯等聚合物中SouthChinaUniversityofTechnology磷化合物分解磷酸偏磷酸聚偏磷酸脱水聚合覆盖效应强酸、强脱水剂、聚合物碳化阻燃作用SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology②有机卤系阻燃剂的阻燃机理主要在气相发挥阻燃作用卤化物卤化氢分解聚合物卤化生成双键卤化氢稀释效应覆盖效应清除自由基促进碳化SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology三溴苯基马来酰亚胺(TBPMl)是一种耐热、高活性阻燃单体，用作高分子耐热改性剂，具有耐热程度高、阻燃性好、与各种热塑性树脂相容性好、毒性低、热稳定性能强等特点。国外自上世纪80年代就开始开发研究，该产品是目前颇具代表性和开发前景广阔的高分子耐热阻燃改性剂。目前由于其产量及价格因素，主要用作柔性印刷电路胶粘剂的阻燃剂。SouthChinaUniversityofTechnology③协同阻燃机理磷系＋卤系2固、液相＋气相磷和氮能促进碳化反应SouthChinaUniversityofTechnology④无机阻燃剂的阻燃机理主要是吸热效应SouthChinaUniversityofTechnology八、材料阻燃处理中的新技术纳米技术微胶囊技术辐射交联技术复配技术1+12:如磷加卤，锑加卤，磷加氮，磷加结晶水化合物SouthChinaUniversityofTechnology