《阻燃材料与技术

1阻燃技术：采用合适的化学物质或合成技术从本质上改善聚合物材料的热物理和化学性质而使其成为火灾惰性材料，或者为材料本身提供外在隔热隔氧保护层而使其免于发生燃烧的一系列科学方法于手段。耐火极限：耐火极限对任一建筑构件按时间一温度标准曲线进行耐火试验，从受到火的作用时起，到失去支持能力或完整性被破坏或失去隔火作用时为止的这段时间，用小时表示。阻燃材料：是能够抑制或者延滞燃烧而自己并不容易燃烧的材料钢结构不耐火的原因：一是其在高温下强度降低快。二是钢材热导率大，易于传递热量．使构件内部升温很快。三是高温下钢材塑性增大，易于产生变形。四是钢构件截回面积较小，热容量小，升温快。处于火灾高温下的裸露钢结构往往在15min左右即丧失承载能力，发生倒塌破坏。高聚物随温度变化有3种物理状态:玻璃态，高弹态，黏流态高聚物裂解最后生成的产物：①可燃性气体②不燃气体或低燃烧值气体③液体④固体⑤烟半数致死量(LD50):表示在规定时间内，通过指定感染途径，使一定体重或年龄的某种动物半数死亡所需最小细菌数或毒素量半数致死毒物的浓度(LC50):在动物急性毒性试验中，使受试动物半数死亡的毒物浓度火灾烟气的主要危害:化学毒害性、物理高温、减光性和心理恐怖性高分子聚合物燃烧过程:火焰产生的热量通过辐射、对流、传导使聚合物温度升高，并使聚合物化学键裂解，向火焰不断提供燃料，使得燃烧得以继续。热量使得聚合物表面结构破坏、鼓泡或开裂，使得暴露高温下的固体表面与空气的接触面增大，使得更多的气体进入燃烧区.聚合物表面产生燃料的速率，控制着放热速率及气相燃烧时产生的烟量.当高聚物的放热速率大于单位时间内高聚物裂解、升温等所吸收的热及散出的热损失多方面所需热量时，燃烧将继续进行，否则燃烧将会中止或熄灭。气相阻燃机理:指在气相中抑制（中断或延缓）在反应中起增长作用自由基而发挥的阻燃作用。凝聚相阻燃机理:凝聚相阻燃机理是指在固相或液相中阻止高聚物的热分解和释放出可燃气体而发挥阻燃作用。中断热交换阻燃:是指将阻燃材料燃烧产生的部分热量带走，致使材料不能维持热分解温度，因而不能持续产生可燃气体，于是燃烧自熄协效阻燃机理:指在协效阻燃体系中通过阻燃剂和协效剂发生协同反应而发挥的阻燃作用。极限氧指数:(LOI）是指聚合物在氧和氮混合气体中当刚能支撑其燃烧时氧的体积分数浓度。阻燃等级:即物质具有的或材料经处理后具有的明显推迟火焰蔓延的性质，并以此划分的等级制度。物质燃烧需要三个条件:（1）必须有可燃物;（2）必须与助燃性气体接触;（3）温度达到可燃物的着火点。高聚物阻燃作用(六方面):2(1)吸热效应通过分解吸热或热分解产生不燃性挥发物的汽化热，使高聚物材料的温度上升发生困难。(2)捕捉自由基捕捉燃烧反应的活性中间体HO·、H·、·O·、HOO·等，抑制自由基连锁反应。（3）覆盖效应在较高温度下生成稳定的覆盖层，或分解生成泡沫状物质，覆盖于高聚物材料的表面，隔绝热、氧传递。（4）稀释效应受热分解时能够产生大量的不燃性气体，将可燃性气体和氧气稀释而达到不可燃。（5）协同效应单独使用并无阻燃效果或阻燃效果不大，多种材料并用就可起到增强阻燃的效果。（6）抑烟作用抑制可燃性气体产生。气相阻燃机理的化学作用和物理作用:化学作用高聚物燃烧过程中生成的可燃物与大气中的氧反应，是一种自动催化氧化链反应。该过程可表示如下：RH→R·+H·H·+O2→HO·+O·O·+H2→HO·+H·HO·+CO→CO2+H·通过上述链支化反应使燃烧传播。添加的阻燃剂主要是通过减缓和终止燃烧链反应实现阻燃。物理作用(1)密度大的蒸气能较长时间停留在燃烧区，可稀释可燃性气体，且覆盖在高聚物表面可隔热、隔氧(2)阻燃剂的物理反应如为吸热反应，可有效地降低高聚物的温度和分解速度。(3)阻燃剂材料受热或燃烧时生成细微粒子，它们能促进自由基相互结合已终止链式燃烧反应。(4)生成的炭层可将高聚物封闭，阻止可燃性气体从聚合物内逸出和进入火焰区。(５)阻燃剂发生脱水或炭化，释放出的水蒸发时吸热可降低燃烧温度，同时非燃水蒸可以对可燃气体进行稀释。(６)在一些阻燃高聚物的系统中，系统能吸收高聚物裂解生成的可燃气体燃烧时所放出的能量，会引起燃烧中断。3卤-----锑阻燃机理:①密度大的三卤化锑蒸气能较长时间停留在燃烧区域，具有稀释和覆盖作用。2卤氧化锑的分解过程为吸热反应，可以有效地降低被阻燃材料的密度和分解速度。③液态及固态三卤化锑微粒的表面效应可以降低火焰的能量。④三卤化锑能促进固相及液相的成炭反应，而相对减缓生成可燃性气体的高聚物的热分解和热氧分解反应，而且生成的炭层可以阻止可燃性气体进入火焰区域，并保护下层材料免遭破坏。⑤三卤化锑在燃烧区域内可按如下反应式与气相中的自由基发生应，从而改变气相中的燃烧反应模式，减少反应放热量，最终使火焰熄灭。磷系阻燃剂阻燃作用:①抑制火焰；②熔流耗热；③含磷酸形成的表面屏障；④酸催化成炭；⑤炭层的隔热、隔氧。氧指数高表示材料不易燃烧，氧指数低表示材料容易燃烧。一般认为氧指数22属于易燃材料，氧指数在22---27之间属可燃材料，氧指数27属难燃材料。塑料阻燃等级由HB，V-2，V-1向V-0逐级递增膨胀型阻燃剂的阻燃机理膨胀型阻燃体系主要成分可分为酸源、碳源、气源三个部分。Al(OH)3阻燃机理:由于受热分解吸收大量燃烧区的热量，使燃烧区的温度降低到燃烧临界温度以下燃烧自熄；分解后生成的金属氧化物多数熔点高、热稳定性好、覆盖于燃烧固相表面阻挡热传导和热辐射，从而起到阻燃作用。同时分解产生大量的水蒸气，可稀释可燃气体，也起到阻燃作用。接枝:是指大分子链上通过化学键结合适当的支链或功能性侧基的反应，所形成的产物称作接枝共聚物。阻燃剂分类:按使用方法分(添加型阻燃剂,反应型阻燃剂)组分不同(有机阻燃剂,无机阻燃剂，有机、无机混合阻燃剂)所含阻燃元素分（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）阻燃剂的基本要求：①阻燃效率高，获得单位阻燃效能所需的用量少。②本身低毒或基本无毒，燃烧时生成的有毒和腐蚀性气体量及烟量尽可能少，对环境友好。③与被阻燃基材的相容性好，不易迁移和渗出。被阻燃材料可回收和循环使用。④具有足够高的热稳定性，在被阻燃基材加工温度下不分解，但分解温度也不宜过高⑥具有可接受的光稳定性。⑦原料来源充足，制造工艺简便，价格低廉。微胶囊化红磷：指在红磷表面包覆一层或多层保护膜，此包覆层不但可以防止RP颗粒与氧及水接触而产生的磷化氢，而且可以避免红磷由于冲击加热而引起自燃。包裹RP在聚合物燃烧时，囊材破裂，发挥RP的阻燃作用。防火涂料：施用于可燃性基材表面，用以改变材料表面燃烧特性，阻滞火灾迅速蔓延；或施用于建筑构件上，用以提高构件的耐火极限的特种涂料。4防火涂料的防火防火原理(五点)⑴、防火涂料本身具有难燃性或不燃性，使被保护基材不直接与空气接触，延迟物体着火和减少燃烧的速度。⑵、防火涂料除本身具有难燃性或不燃性外，它还具有较低的导热系数，可以延迟火焰温度向被保护基材的传递。⑶、防火涂料受热分解出不燃惰性气体，冲淡被保护物体受热分解出的可燃性气体，使之不易燃烧或燃烧速度减慢。⑷、含氮的防火涂料受热分解出NO、NH3等基团，与有机游离基化合，中断连锁反应，降低温度。⑸、膨胀型防火涂料受热膨胀发泡，形成碳质泡沫隔热层封闭被保护的物体，延迟热量与基材的传递，阻止物体着火燃烧或因温度升高而造成的强度下降。防火涂料按防火形式来分类(1)非膨胀型防火涂料(2)膨胀型防火涂料制备膨胀防火涂料时需要以下四种基本成分①形成涂层的成膜剂或粘接剂②酸源③发泡剂④碳源(炭化剂)防火涂料的防火隔热原理(七种)①在防火涂料的配方中加入各种无机填料，由于无机填料本身是不燃的，其热导率低、可以延滞热量向被保护的基材传递的速率；②在防火涂料，配方中添加吸热后可分解的阻燃剂由于这种添加剂具有吸热后分解的特点，能有效地使体系的温度降低；③在防火涂料配方中加入在热的作用下能释放出活性气体化合物的阻燃剂，这些活性化合物通常能对影响火焰形成或增长的自由基产生作用；④在防火徐料配方中选择加入分解时能释放出大量惰性气体的添加剂，大量惰性气体的存在可冲淡氧气成分，产生气体屏蔽作用，使氧气难以助燃，有效提高阻燃效果；⑤在配方中加人受热后并不发生化学变化而只释放出重质蒸气的添加剂，这种蒸气可覆盖住体系分解出来的可燃气体，影响它与空气几和氧气的正常交换，避免产生火焰及延燃，进而起到阻燃作用，从而控制火势迅速蔓延；⑥有的防火涂料中还加入了膨胀防火体系的阻燃剂，它们遇火可膨涨并形成均匀而致密的蜂窝状或海绵状的炭质泡沫层，泡沫层隔绝了氧气和热量，延滞其传向被保护基材的速率，同时避免了火焰和高温直接进攻被保护基材，起到高效的防火隔热保护作用；⑦有的防火涂料中还加入了一些低熔点的不会燃烧的材料，它们会在火焰热量烧烤下被融化，在着火的物体上流淌开来，形成一层隔热的防火层，能阻止火势蔓延。5在我国建材市场上，防火板比较畅销，用途也很广，诸如灶台用防火板、铺地用防火板、贴墙用防火板、家具用防火板等。任何物质只要表面附着三聚氰胺，都会具备一定的阻燃性能。添加阻燃剂的运用都依赖于一定的阻燃技术。钢结构防火原理：采用绝热、耐火材料阻隔火焰直接灼烧钢结构，降低热量向基材迅速传递的速率，推迟钢结构温升、强度变弱的时间。钢结构防火涂料厚度来分类有厚涂型(8~50mm)、薄涂型(3~7mm)和超薄型(3mm)。超薄型钢结构防火涂料特点：黏结强度、耐候耐水性好、流平性好、装饰性好电缆防火涂料阻燃机理：一般由叔丙乳液水性材料添加各种防火阻燃剂、增塑剂等组成，涂料涂层受火时能生成均匀致密的海绵状泡沫隔热层，能有效地抑制、阻隔火焰的传播与蔓延，对电线、电缆起到保护作用。隧道防火涂料的作用机理：对于隧道防火涂料，首先其自身应具备难燃或不燃性，依靠防火涂料的低导热性或涂层中材料的吸热性，延缓钢筋的升温①在高温或火焰作用下，阻燃剂(如ATH)发生吸热反应必释放结晶水，减缓升温速率，阻止分解和燃烧过程的继续；②高温下阻燃剂分解出自由基链式反应的阻断剂，捕获热分解过程中产生的自由基，使燃烧过程得以终止；③阻燃剂分解形成不挥发的覆盖层，隔绝可燃物和氧的接触，并形成牢固的固化层；④催化可燃物发生脱水和炭化作用，形成炭化层,阻碍热的传导，使外部火源不能直接作用在被保护基材上。