阻燃高分子材料的应用与发展

阻燃高分子材料的应用与发展内容•阻燃高分子材料的类型•高分子材料阻燃剂的分类•高分子材料阻燃技术的进展•生产生活中的应用高分子材料因其性能优异、价格低廉而被广泛地应用于国民经济和人民生活的各个领域，但是大多数高分子材料属于易燃、可燃材料，在燃烧时热释放速率大，热值高，火焰传播速度快，不易熄灭，有时还产生浓烟和有毒气体，对人们生命安全和环境造成巨大的危害。因此，如何提高高分子材料的阻燃性，已经成为当前消防工作一个急需解决的问题。1.阻燃高分子材料的类型阻燃高分子材料本质阻燃高分子材料非本质阻燃高分子材料（阻燃剂）添加型阻燃高分子材料反应型阻燃高分子材料本质阻燃高分子材料本质阻燃高分子材料指那些由于具有特殊的化学结构而使自身具有阻燃性的高分子材料，它们不需要改性就具有耐高温，抗氧化，不易燃等特点。近年来，人们研制了一些新型的本质阻燃高分子材料，其中芳基乙炔聚合物在高温下裂解形成的炭层可在氧化环境下承受极高温度(1500-2000℃)，有希望作为烧蚀材料用于火箭导弹系统和宇宙飞船的重返大气设备中;但在现阶段，此类化合物或者价格高昂，或者制造及加工工艺复杂，其应用相当有限，但它们代表了阻燃高分子材料的一个发展方向。2.高分子材料阻燃剂的分类阻燃剂是一种用于改善可燃易燃材料燃烧性能的特殊的化工助剂，广泛应用于各类装修材料的阻燃加工中。经过阻燃剂加工后的材料，在受到外界火源攻击时，能够有效地阻止、延缓或终止火焰的传播，从而达到阻燃的作用。根据不同的划分标准可将阻燃剂分为以下几类：2.1按组分的不同分按组分的不同可分无机盐类阻燃剂、有机阻燃剂和有机、无机混合阻燃剂三种。无机有机有机、无机混合无机阻燃剂是目前使用最多的一类阻燃剂，它的主要组分是无机物，应用产品主要有氢氧化铝、氢氧化镁、磷酸一铵、磷酸二铵、氯化铵、硼酸等。有机阻燃剂的主要组分为有机物，主要的产品有卤系、磷酸酯、卤代磷酸酯等。还有一部分有机阻燃剂用于纺织织织物的耐久性阻燃整理，如六溴水散体、十溴－三氧化二锑阻燃体系，具有较好的耐洗涤的阻燃性能。有机、无机混合阻燃剂是无机盐类阻燃剂的改良产品，主要用非水溶性的有机磷酸酯的水乳液，部分代替无机盐类阻燃剂。在三大类阻燃剂中，无机阻燃剂具有无毒、无害、无烟、无卤的优点，广泛应用于各类领域，需求总量占阻燃剂需求总量一半以上，需求增长率有增长趋势。2.2按使用方法分按使用方法的不同可把阻燃剂分为添加型和反应型。添加型反应型添加型阻燃剂主要是通过在可燃物中添加阻燃剂发挥阻燃剂的作用。反应型阻燃剂则是通过化学反应在高分子材料中引入阻燃基团，从而提高材料的抗燃性，起到阻止材料被引燃和抑制火焰的传播的目的。在阻燃剂类型中，添加型阻燃剂占主导地位，使用的范围比较广，约占阻燃剂的85%，反应型阻燃剂仅占15%。2.3按所含阻燃元素分按所含阻燃元素可将阻燃剂分为卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、磷－卤系阻燃剂、磷－氮系阻燃剂等几类。2.3.1卤系阻燃剂卤系阻燃剂是目前世界上产量最大的有机阻燃剂之一，添加量少、阻燃效果显著。含氯的阻燃剂主要有氯化石蜡、氯化聚乙烯等;含溴阻燃剂因阻燃效果较好，应用极为广泛，逐渐取代氯系阻燃剂。但其阻燃的同时，也带来了一些严重的问题，放出大量的有毒气体(如HCl,HBr等)，卤化氢气体易吸收空气中的水分形成氢卤酸，具有很强的腐蚀作用，并产生大量的烟雾，这些烟雾、有毒气体和腐蚀性气体给灭火、逃离和恢复工作带来很大的困难。2.3.2磷系阻燃剂有机磷系阻燃剂包括磷酸酯、亚磷酸酯、有机盐类、氧化膦、含磷多元醇及磷氮化合物等，但应用最广的是含卤磷酸酯。有机磷系阻燃剂主要在火灾初期的高分子材料分解阶段起作用。它能促进高分子材料脱水炭化，从而使高分子材料不能产生可燃性气体，并且由于不挥发性磷化合物起凝结剂的作用，使炭化物形成保护性炭膜，以隔绝外界的空气和热。2.3.3含硅阻燃剂有机硅阻燃剂是一种新型的无卤阻燃剂，也是一种成炭抑烟剂，包括硅烷共聚物和硅树脂。研究发现在高分子材料中加入有机硅阻燃剂，能促进炭层的形成，降低聚合物的燃烧性。有机硅阻燃添加剂一、描述DC-8008是高效的有机硅阻燃添加剂。该产品为无色透明液体。主要应用于热塑性塑料阻燃而特制。该产品主要应用于PC、PC/ABS、PPO、LCP、PS、PA6等无卤阻燃改性。阻燃效果好，树脂燃烧表面炭化程度低；加有DC-8008fluid，燃烧后，表面光滑。二、优点1、提高塑料的阻燃性2、降低有害气体CO；减少烟雾及烟雾释放3、改善表面性能，提高耐磨性4、提高抗冲击强度有机硅阻燃添加剂3.高分子材料阻燃技术的进展•3.1微胶囊技术•3.2纳米技术•3.3接枝和交联改性技术•3.4膨胀技术3.1微胶囊技术微胶囊化一般是指将物质包裹于数微米至数百微米的微小容器中，从而起到保护和控制释放等作用。目前，将无机或有机的阻燃剂进行微胶囊化的研究正处于阻燃剂新技术的热点，并已从研制阶段进入实用阶段。囊材主要有两类天然高分子材料（动物胶、各种蛋白质、淀粉、纤维素等。）人工合成的高分子（如聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯、环氧树脂等。）囊材不与包裹的阻燃剂发生化学反应，当制品一旦遇火受高热时，囊壁立即熔融破裂，从而释放出阻燃剂。阻燃剂微胶囊的大小、囊壁的厚度、强度以及阻燃剂的释放度等物理性质均会影响阻燃剂的阻燃效果。微胶囊化在改善阻燃剂的形态、效能以及减少环境污染等方面都有所作用。3.2纳米技术1965年，BlumStin研究聚甲基丙烯酸甲脂/纳米粘土复合材料时第一次发现其热性能明显提高。1976年，日本专利中第一次报道纳米复合材料具有潜在的阻燃性能。但直到近年来国外多名学者开展对纳米复合材料热稳定性的研究以后，其阻燃性能的研究也才真正开始。研究发现，当尼龙/层状硅酸纳米复合材料中的层状硅酸盐(粘土)含量仅为5%以下时就具有良好的热稳定性，其HRR(热释放速率)峰比不用时降低了50%以上，并且不损害材料的其它性能。这说明聚合物纳米复合材料具有良好的热性能，可用于阻燃技术。纳米技术在阻燃中的应用主要是纳米粒子填充技术3.3接枝和交联改性技术接枝和交联是使高分子材料功能化的一种有效方法，近年来这一技术也已用于使高分子材料阻燃化。接枝包括化学接枝和光敏接枝等，通过接枝共聚以提高聚合物的热稳定性及阻燃性多系凝聚相阻燃模式，即借助于成炭来实现的。因为接枝单体能在聚合物的表面形成粘附的绝缘层，特别是无机绝缘层，对改善聚合物的阻燃性尤为有效。而使高分子材料本身交联，或者高分子材料的热裂解产物在凝聚相中交联，也可减少可燃产物的生成量而改善材料的阻燃性，多以辐射交联为主。3.4膨胀技术在众多的阻燃体系中，最近发展的膨胀阻燃体系由于在燃烧过程中发烟量少、无滴落和无毒气等优点而引起人们的注意。膨胀阻燃体系一般需三种主要成分：炭化剂、炭化促进剂、发泡剂。膨胀阻燃体系炭化剂炭化促进剂发泡剂膨胀阻燃体系一般需三种主要成分：炭化剂、炭化促进剂、发泡剂。膨胀型阻燃剂最早用于涂料业，配制用于船舶、建筑装饰材料、电缆外皮等的耐火涂层。近年来，国外己有一些比较成熟的膨胀阻燃体系用于塑料、橡胶等材料及制品。4.应用•阻燃性雕花门模具•阻燃性纤维面料•阻燃性工程塑料阻燃性雕花门模具随着人民生活水平的提高，居室环境在不断地改善，室内外装饰也在发生着质的变化，阻燃性雕花门就是新型室内装饰制品中的一枝奇葩。阻燃性雕花门模具阻燃性纤维面料目前，以对织物进行后整理而获得具有阻燃性持久及赋予高性能、多功能等特点的阻燃纺织品及其加工工艺是阻燃纤维发展的方向和趋势。但目前我国生产和使用最多的是阻燃整理织物，包括纯棉、纯涤纶、纯毛、涤棉和各种混纺的耐久性阻燃织物和纯棉、粘胶、纯涤纶非耐久性洗涤阻燃织物，阻燃纤维织物的生产和使用量很少，年产量只有100吨左右。随着人民生活与环境条件的不断改善，人们对阻燃纺织品性能要求越来越高，应投入力量和资金加大阻燃纤维的开发。随着高分子合成以及加工技术的不断进步，工程塑料已经渗透到人们生产生活的各个领域。在多种应用场合，塑料的阻燃性对材料的应用来说是一个重要的性能指标，而一些塑料添加剂，如含卤阻燃剂由于有可能对环境和人类健康具有潜在的危害，因此为解决这一矛盾，一些工程塑料的用户放弃了应用这些塑料添加剂，转而选用那些本身就具有阻燃性能的工程塑料。阻燃性工程塑料阻燃性工程塑料结语近年来阻燃高分子材料的发展很快，随着新型阻燃剂的出现和阻燃技术的进步及其制造工艺的改进，阻燃高分子材料的用量和品种都在逐年增加。绿色阻燃剂的研究及本质阻燃高分子的研究会是今后研究的方向。