阻燃剂的阻燃机理 阻燃剂 阻燃剂-概述,阻燃剂-阻燃机理

阻燃剂,赋予易燃聚合物难燃性的功能性助剂,主要是针对高分子材料的阻燃设计的;阻燃剂有多种类型,按使用方法分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂。添加型阻燃剂是通过机械混合方法加入到聚合物中,使聚合物具有阻燃性的,目前添加型阻燃剂主要有有机阻燃剂和无机阻燃剂,卤系阻燃剂(有机氯化物和有机溴化物)和非卤。有机是以溴系、磷氮系、氮系和红磷及化合物为代表的一些阻燃剂,无机主要是三氧化二锑、氢氧化镁、氢氧化铝,硅系等阻燃体系。反应型阻燃剂则是作为一种单体参加聚合反应,因此使聚合物本身含有阻燃成分的,其优点是对聚合物材料使用性能影响较小,阻燃性持久。

阻燃剂_阻燃剂 -概述


阻燃剂

阻燃剂(fire retardants;flame retardants)又称难燃剂,耐火剂或防火剂:赋予易燃聚合物难燃性的功能性助剂;依应用方式分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂。

添加型阻燃剂直接与树脂或胶料混配、加工方便、适应面广、系阻燃剂的主体。反应型阻燃剂常作为单体键合到聚合物链中,对制品性能影响小且阻燃效果持久。

根据组成,添加型阻燃剂主要包括无机阻燃剂、卤系阻燃剂(有机氯化物和有机溴化物)、磷系阻燃剂(赤磷、磷酸酯及卤代磷酸酯等)和氮系阻燃剂等。此外,具有抑烟作用的钼化合物、锡化合物和铁化合物等亦属阻燃剂的范畴。

阻燃剂_阻燃剂 -阻燃机理

阻燃剂是通过若干机理发挥其阻燃作用的,如吸热作用、覆盖作用、抑制链反应、不燃气体的窒息作用等。多数阻燃剂是通过若干机理共同作用达到阻燃目的。

阻燃剂的阻燃机理 阻燃剂 阻燃剂-概述,阻燃剂-阻燃机理

吸热作用

任何燃烧在较短的时间所放出的热量是有限的,如果能在较短的时间吸收火源所放出的一部分热量,那么火焰温度就会降低,辐射到燃烧表面和作用于将已经气化的可燃分子裂解成自由基的热量就会减少,燃烧反应就会得到一定程度的抑制。在高温条件下,阻燃剂发生了强烈的吸热反应,吸收燃烧放出的部分热量,降低可燃物表面的温度,有效地抑制可燃性气体的生成,阻止燃烧的蔓延。Al(OH)3阻燃剂的阻燃机理就是通过提高聚合物的热容,使其在达到热分解温度前吸收更多的热量,从而提高其阻燃性能。这类阻燃剂充分发挥其结合水蒸汽时大量吸热的特性,提高其自身的阻燃能力。

覆盖作用

在可燃材料中加入阻燃剂后,阻燃剂在高温下能形成玻璃状或稳定泡沫覆盖层,隔绝氧气,具有隔热、隔氧、阻止可燃气体向外逸出的作用,从而达到阻燃目的。如有机阻磷类阻燃剂受热时能产生结构更趋稳定的交联状固体物质或碳化层。碳化层的形成一方面能阻止聚合物进一步热解,另一方面能阻止其内部的热分解产生物进入气相参与燃烧过程。

抑制链反应

根据燃烧的链反应理论,维持燃烧所需的是自由基。阻燃剂可作用于气相燃烧区,捕捉燃烧反应中的自由基,从而阻止火焰的传播,使燃烧区的火焰密度下降,最终使燃烧反应速度下降直至终止。如含卤阻燃剂,它的蒸发温度和聚合物分解温度相同或相近,当聚合物受热分解时,阻燃剂也同时挥发出来。此时含卤阻燃剂与热分解产物同时处于气相燃烧区,卤素便能够捕捉燃烧反应中的自由基,从而阻止火焰的传播,使燃烧区的火焰密度下降,最终使燃烧反应速度下降直至终止。

不燃气体窒息作用

阻燃剂受热时分解出不燃气体,将可燃物分解出来的可燃气体的浓度冲淡到燃烧下限以下。同时也对燃烧区内的氧浓度具有稀释的作用,阻止燃烧的继续进行,达到阻燃的作用。

阻燃剂_阻燃剂 -主要类型

根据不同的划分标准可将阻燃剂分为以下几类:

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。

按组分的不同分


阻燃剂

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。

无机阻燃剂:它是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:它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物的耐久性阻燃,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:它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。

阻燃剂_阻燃剂 -熄火原理

1、产生一种能闷熄火焰的气体。如三氧化二锑,它在PVC中遇到因燃烧发出的HCL时就起反应生成一种闷熄性气体,即锑的氮氧化物。
2.吸收燃烧时产生的热量,起冷却减慢燃烧速率的作用。如氢氧化铝,
它分子中所含化学缔合水的比例高达34%,这种缔合水在大多数塑料的加工温度下保持稳定,但超过200℃时开始分解,释放出水蒸汽。而且每分解一克分子氢氧化铝,要吸收36千卡热量。
3.提供一层与氧气隔绝的涂层。如磷酸酯类阻燃剂燃烧时生成的磷化物即是隔氧的涂层。
4.生成可与塑料起反应的游离基,起阻燃作用。它们与塑料的反应产物之燃烧性能极差。

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%。

阻燃剂_阻燃剂 -适用范围

阻燃剂主要适用于有阻燃需求的塑料,延迟或防止塑料尤其是高分子类塑料的燃烧。使其点燃时间增长,点燃自熄,难以点燃。

一般如PP、PA、PE、PS、ABS、EVA及PET、PBT等易燃的高分子塑料在特殊用途中都需要添加阻燃剂。

阻燃剂_阻燃剂 -加工环保阻燃剂方法

PP专用环保阻燃剂属氮磷阻燃剂是专为聚丙烯而开发的无卤、膨胀型阻燃剂。它是由具有协同作用的含磷含氮化学物聚合而成的,在聚丙烯中有良好的相容性,对塑料的机械性能影响很小,同时在加工过程有优良的加工稳定性。
PP专用环保阻燃剂不同于含卤型阻燃剂,在燃烧过程中通过产生致密的膨胀碳层达到隔热隔绝空气阻燃的目的,而不会有刺激性卤化氢气体以及黑烟,是一种环保型阻燃剂。
加工方法
1)与PP混合均匀后加入挤出机。添加量为25%-27%的质量份;
2)加工温度建议在180-200℃即可。由于本产品良好的热稳定性,如果具体工艺需要,也可以适当提高;
3)与PP混合挤出时,建议使用双螺杆挤出机,最好在平行同向双螺杆上造粒;
加工工艺:
加热区12345678
温度(℃)140150175185185185185180
4)建议不添加其它任何无机填料,因为填料会破坏碳层结构,影响阻燃效果;
5)建议不添加硬脂酸盐类的润滑剂;
6)如果添加抗氧剂和光稳定剂,宜用有机类的抗氧剂和光稳定剂;
7)PP专用环保阻燃剂与其它添加剂混合使用时要仔细评估。

阻燃剂_阻燃剂 -发展

自20世纪50年代初至今的60多年间,特别是自20世纪80年代初至今的约30年间,阻燃剂(FR)及阻燃高分子材料在减少火灾引起的生命财产损失方面发挥了重要的作用。当前,全球FR的总用量在各类塑料助剂中仅次于增塑剂而居第二位。
据《中国阻燃剂行业产销需求与投资预测分析报告前瞻》显示,2007年全球阻燃剂总消费量约为170万吨,2008年约195万吨,2010年达到230万吨,到2014年有望达到262万吨,2010-2014年将保持约3.5%的年均增速。
从销售额来看,2005年全球阻燃剂销售额约35亿美元,2008年约41亿美元,2010年达到50亿美元,2014年有望达到61亿美元,2010-2014年将保持约5.5%的年均增速。
近几年来,中国阻燃剂生产量的年平均增长率估计可达15%-20%,远远高于全球3%-4%的水平。2010年国内塑料制品产量为5830.38万吨,按阻燃塑料占塑料制品的20%和阻燃剂使用比例10%计算,2010年国内阻燃剂行业潜在市场规模在117万吨左右,2011年国内阻燃剂行业潜在市场规模在98万吨左右。
前瞻网阻燃剂行业研究员表示,我国燃剂无论是在品种上还是在数量上都与发达国家存在差距,开发前景广阔,应该提高开发创新能力,推动阻燃剂工业朝着环保化、低毒化、高效化、多功能化的方向发展。
近30年来,阻燃剂(FR)及阻燃高分子材料在减少火灾引起的生命财产损失方面发挥了重要的作用。当前,全球FR的总用量在各类塑料助剂中仅次于增塑剂而居第二位。前瞻网数据显示,2007年全球阻燃剂总消费量约为170万吨,2008年约195万吨,2010年达到230万吨,到2014年有望达到262万吨,2010-2014年将保持约3.5%的年均增速。从销售额来看,2005年全球阻燃剂销售额约35亿美元,2008年约41亿美元,2010年达到50亿美元,2014年有望达到61亿美元,2010-2014年将保持约5.5%的年均增速。
阻燃剂行业是法规推动型产业,也是全球竞争性产业,因此,国内外相关法律法规的相继出台和逐步完善,影响着整个阻燃行业的格局,为具有资源优势、规模经济优势和研发优势的企业提供发展的机会。我国“十二五”规划把阻燃材料纳入重点发展产业,并且组建了绿色阻燃剂产业技术创新战略联盟,为阻燃材料行业的发展提供了政策性的平台。
阻燃科学技术是为了适应社会安全生产和生活的需要、预防火灾发生、保护人民生命财产而发展起来的一门科学。阻燃剂是阻燃技术在实际生活中的应用,它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。
阻燃剂的生产和应用在经历了八十年代初的蓬勃发展后,已进入稳步发展阶段。随着我国合成材料工业的发展和应用领域的不断拓展,阻燃剂在化学建材、电子电器、交通运输、航天航空、日用家具、室内装饰、衣食住行等各个领域中具有广阔的市场前景。此外,煤田、油田、森林灭火等领域也促进了我国阻燃、灭火剂生产较快的发展。我国阻燃剂已发展成为仅次于增塑剂的第二大高分子材料改性添加剂。近几年,我国阻燃剂的生产和消费形势持续发展,国内阻燃剂消费量急剧上升,增加的市场份额主要来源于两个方面:电子电器和汽车市场。
国内阻燃剂的品种和消费量还是以有机阻燃剂为主,无机阻燃剂生产和消费量还较少,但近年来发展势头较好,市场潜力较大。阻燃剂中最常用的卤系阻燃剂虽然具有其他阻燃剂系列无可比拟的高效性,但是它对环境和人的危害是不可忽视的。环保问题是助剂开发和应用商关注的焦点,所以国内外一直在调整阻燃剂的产品结构,加大高效环保型阻燃剂的开发。无卤、低烟、低毒阻燃剂一直是人们追求的目标,近年来人们对阻燃剂无卤化开发表现出很高热情,投入了很大的力量,并取得了可观的成果。
随着国家对阻燃技术要求力度的加强,我国阻燃剂的开发和发展将出现更好的广阔前景。我国应该提高开发创新能力,推动阻燃剂工业朝着环保化、低毒化、高效化、多功能化的方向发展。

阻燃剂_阻燃剂 -应用

1.棉织物的阻燃整理
棉织物的阻燃整理发展很快,目前国内比较成熟,阻燃剂基本可以工业化生产纯棉耐久性阻燃整理,大体有下列三种方法  

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