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阻燃剂的分类及作用机理

  阻燃剂的分类方法很多,一般按阻燃元素种类分为无机阻燃剂和有机阻燃剂两大类。
  无机阻燃剂主要为添加型,多用于热塑性高聚物,包括锑系阻燃剂、氢氧化铝(也称三水合铝,ATH)、氢氧化镁阻燃剂、含磷无机阻燃剂、含硼以及含钼阻燃剂和抑烟剂。它们具有热稳定性好,毒性低或无毒,不产生腐蚀性气体,贮存过程中不挥发、不析出,阻燃效果持久等优点,且原料来源丰富,价格低廉。值得注意的是,由于它们在高聚物中的填充量较大,加上其固有特性的影响,会降低高聚物的加工成型性、力学性能、电气性能等。
  有机阻燃剂按其用途可分为有机磷系和卤系阻燃剂两类;按其作用方式可分为反应型与添加型两类。反应型阻燃剂在聚合或缩聚过程中参与反应,从而结合到高聚物的主链或侧链上,因此其作用稳定、耐久,对高聚物的性能影响小;而添加型阻燃剂则仅仅是分散于阻燃体系中,使用较为方便。
  有机磷系阻燃剂多为液体,兼有增塑性和润滑性,又是高聚物的加工助剂,主要包括含卤磷酸酯、含卤亚磷酸酯、非卤磷酸酯与非卤亚磷酸酯等。磷酸酯一般作为阻燃剂兼增塑剂使用,亚磷酸酯一般作为阻燃剂兼热稳定剂使用。高聚物中含有5%以上的磷就能产生显著的阻燃效果。其阻燃机理为:受热时分解生成具有极强脱水性的偏磷酸、偏聚磷酸,使高聚物表面形成碳化层,隔绝其表面与空气直接接触,使火焰熄灭,从而达到阻燃的目的。
  氯系阻燃剂中最常用的是氯化石蜡、氯化聚乙烯等,前者价廉易得,且兼具增塑剂作用,在国内外用量很大。其他主要品种还有:四氯双酚A、四氯苯酐(TCPA)、六氯苯(HCB)、环氧氯丙烷、聚偏二氯乙烯(PVDC)、氯化聚氯乙烯等。
  溴系阻燃剂则具有添加量少,对阻燃制品性能影响小,良好的相容性、热稳定性和阻燃效果等特点,是有机阻燃剂中最重要的一类阻燃剂。国外已有100多个品种,其产量约占有机阻燃剂的15%~20%;我国发展也较快,已有20多个品种。
  溴系与氯系阻燃剂的阻燃机理为:在高温下分解产生卤化氢(HX),其密度比空气大,沉积在燃烧物外层,稀释或隔绝了新鲜空气,使被燃物无氧窒息;HX极快地捕捉燃烧产生的自由基HO·(HX+OH·→H·+H2O),减缓了高聚物的燃烧速度,减少可燃性气体的生成,从而使火焰减小以至熄灭。另外,当卤系阻燃剂与Sb2O3配合使用时,会产生协同效应,所生成的三卤化锑(SbX3)将升华为极细的微粒,它们呈烟雾状包围在高聚物的周围,阻碍新鲜空气的进入,使火焰迅速熄灭。溴系阻燃剂的发展方向是,提高溴含量和增大分子量。
  值得注意的是,由于燃烧和阻燃过程都很复杂,在高聚物的阻燃体系方面,正朝着无机与有机阻燃剂拼用,多种阻燃剂协同作用的方向发展,所以实际阻燃体系中往往是几种阻燃机理同时起作用的。

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