高分子阻燃剂

高分子阻燃剂目录1.阻燃剂的研究背景2.高分子阻燃剂的结构和阻燃机理3.高分子阻燃剂的分类和合成方法4.高分子阻燃剂的应用1.阻燃剂的研究背景众所周知，大多数合成聚合物是易燃物质，随着各种聚合物的大量使用，特别是大量作为建筑和装饰材料，火灾的危险性和危害性大大增加。每年因为火灾造成的人员伤亡和财产损失都在上升。聚合物的易燃性已经成为扩大其应用领域的主要障碍之一。因此，开发阻燃性聚合物和阻燃添加剂已经是高分子材料化学研究的当务之急！！！1.1在燃烧过程中非阻燃性过程中非阻燃性聚合物主要起三方面的破坏作用绝大多数聚合物都是由碳氢元素组成的，具有易燃性性质，在燃烧过程中会放出大量热量，造成直接危害的同时，还能使火势迅速扩大。在燃烧过程中许多聚合物都能释放出大量烟雾和有毒气体，使火场的能见度降低，有毒气体的吸入使伤亡增加，救火的难度增大。在高温下和燃烧过程中聚合物结构件迅速失去其机械性能，发生坍塌和脱落，给人员脱险和财产抢救造成更大困难。1.2为了消除火灾中聚合物造成的这些危害，主要在以下三个方面进行研究：首先，发展新型阻燃树脂，从根本上解决聚合物的易燃问题。其次，在已有易燃聚合物中加入可以阻止燃烧的添加剂。此外，对由易燃聚合物组成的物品进行表面阻燃处理也是一种实用的高分子产品防火阻燃方法，但是这种阻燃处理剂多数不属于功能高分子范畴。1.3高分子阻燃剂的研究进展开发新型阻燃树脂方面目前已经取得较大进展它们的共同特点是分子内存在苯环等芳香结构，分子间作用力较大，分子中碳氢元素比较大，不含或很少含氢元素，燃点和熔点较高，在高温下不易分解，化学和热稳定性较好。是一类特殊的工程塑料。在受到高温，或者遇到火焰时能发生碳化，而阻止燃烧的继续。最常见的这类阻燃树脂主要是一些具有芳香酰胺结构内酰胺等梯形结构和某些芳香聚脂结构的聚合物。目前已经有多种商品出售，多数可以制成阻燃纤维等结构材料。其中包括KomexkermelPBIKaptonEnkatherm以及Kynol纤维，其中Kynol纤维据说可以短时受2500℃的高温，在150℃氧气存在下可以长期保持稳定。上述这些树脂都可以通过缩聚反应获得，部分这类阻燃聚合物的合成方法和分子结构图示如下：NH3NH3COOHCOOHCONHCONHnNomexOOOOOONH3NH3NNOOOOnKaptonOCOOCH3HnCH3ClHOCOOHKyno一些阻燃型树脂的结构与聚合反应图１2.高分子阻燃剂的结构和阻燃机理2.1物质的燃烧过程主要分成以下几个步骤：首先是点燃过程，聚合物受热后发生分解反应，发出大量可燃性小分子气体，这一过程据信是自由基反应过程。其次是产生的可燃性气体遇明火发生剧烈氧化反应，燃烧开始，并发出大量热量。燃烧过程产生的大量热量反馈给聚合物，使分解反应大大加快，既促产生更多的可燃性气体，使燃烧过程加剧。聚合物＋热量挥发性可燃物质热分解反应燃烧产物＋热量热量反馈燃烧过程整个燃烧过程如上图所示2.2阻燃机理自由基捕获机理在聚合物中加入含有氯族元素，磷元素或者氮元素的化合物，这类化合物具有在高温下放出的上述元素具有捕获分解反应过程产生的自由基的能力，使自由基失去反应活性。由于聚合物不能产生可燃性小分子，燃烧过程将不会发生和持续。碳化隔热机理在聚合物中加入氯化铵硫酸铵有机磷等化合物可以促进聚合物在高温下的碳化过程，使聚合物在分解成小分子可燃物之前碳化。碳化层传热性不好，切断燃烧产生的热量向未燃聚合物转送，使继续分解反应不能继续。热交联反应阻燃机理在聚合物中加入在高温下能够引发交联反应的热交联剂，使聚合物的热分解速度不能产生足够的可燃小分子以满足燃烧的需要，将发生火焰自熄过程。吸热降温机理在聚合物中加入摹雌蛾含有结晶水的无机盐，当聚合物受热，温度升高时这些添加物可以放出结晶水，吸收热量，降低聚合物温度，阻止热分解反应和燃烧过程的继续。生成气体或者液体覆盖机理如果加入的物质在燃烧产生的高温下发生熔化气化或者分解成不燃性气体，生成物会暂时将聚合物覆盖与燃烧必须的空气隔绝，同样也可以使燃烧终止。备注：从上面的讨论可以看出，能够产生上述效应的材料都有可能成为聚合物阻燃添加剂。3.高分子阻燃剂的分类和合成方法3.1高分子阻燃剂的分类：★根据阻燃剂的属性划分，分成无机阻燃剂和有机阻燃剂。★根据阻燃剂的大小划分，分成高分子阻燃剂和小分子阻燃剂。★根据使用方式划分，分成反应型阻燃剂和添加型阻燃剂。3.2高分子阻燃剂的制备：★一种是将小分子阻燃剂与聚合物共混，直接制备阻燃聚合物★一种是通过小分子阻燃剂高分子化，首先制备高分子阻燃剂，然后再与其他常规聚合物混合生产阻燃型聚合物。3.2.1小分子阻燃剂与树脂直接混合采用这种方法比较有代表性的例子是阻燃性聚丙烯酯的生产。可用于这种阻燃树脂的阻燃剂包括有机氯,三氧化二锑以及四溴双酚A,四溴丁烷,六溴代苯,六溴环十二烷,三溴苯基二溴异丁酯等溴化物。总体来讲，受到这种方法制备的阻燃树脂其机械性能有所降低，不适合对力学性能要求非常高的阻燃纤维的制造。3.2.2聚合型阻燃剂与主料共混这种方法是采用将阻燃成分高分子化，结合进聚合物链，然后再与主料共混成型。这种高分子阻燃剂与小分子同类产品相比具有一系列的优点：首先，多数高分子阻燃剂与聚合物本体的相容性较好，不易发生相分离；因此可以用于对机械强度要求较高的阻燃纤维生产。其次，高分子阻燃剂的挥发性和迁移性较小，可以长时间维持阻燃性能。3.3聚合型阻燃剂的研究方向◆聚合型阻燃剂研究，主要是研究如何尽可能多的将阻燃元素结合进聚合物中，提高阻燃效果，减少阻燃剂的使用量。同时又要保持与本体聚合物的良好相容性，不对其内在和外观性能产生较大影响。目前已经有多种这种类型的高分子阻燃剂，比如阻燃型聚醚和阻燃型聚酯。3.3.1阻燃型聚醚◆阻燃型聚醚就是在其分子结构中引入适量的溴和氯等作为阻燃元素制备的。此外，含有磷和氯阻燃元素的聚醚是以三氯氧磷为原料，与多羟基化合物反应生产磷酸酯，然后再与环氧丙烷，或者环氧氯丙烷聚合生产高分子化阻燃剂，其反应过程如下：POCl3CHCH2CH2OHOHOHCH3CHCH2OCH2CHClCH2OPOCH2CHOHCH2OCH2CHOHCH3Onn2备注：氯族元素的阻燃机理主要是自由基捕获机理，虽然阻燃效果良好，但是在火焰中会放出大量烟雾，容易造成次生灾害。3.3.2阻燃型聚酯聚脂型阻燃树脂通常也用上述方法制备。其制法是将二元醇四溴邻苯二甲酸酐和丁烯二内酸酐按照一定比例配料，进行缩聚反应即可生产含溴高分子化阻燃剂。CCOOOROCHCOOROCOCHHOHBrBrBrBrnCH2COOHOROHCHCCCOOOBrBrBrBr备注：采用这种方法生产的阻燃树脂，由于高分子阻燃剂与树脂的相容性好，因此对其机械强度影响较小，物理和化学稳定性好，特别适合阻燃纤维和织物的生产。4.高分子阻燃剂的应用高分子材料根据其主要用途和使用形态，可以分成两类：一类是以工程塑料为代表的结构性材料这类材料由于体积较大，尺寸稳定性较好，因此对阻燃剂的要求不高，各种阻燃剂都可以使用。由于加入阻燃剂造成材料机械强度的降低，可以通过加入增强材料，如玻璃纤维来解决。另外一类是以化学纤维为代表的高分子纤维与织物这一类材料除了对阻燃性能有较高要求以外，对材料的机械强度安全性染色性，甚至手感都有很高的要求。谢谢大家！返回目录