浅析高分子材料的阻燃技术

陈少静

摘 要：随着工业技术的迅速发展，高分子材料材质的抗破坏能力和阻燃性能也越来越强。但由于高分子燃料在燃烧过程中无法在很短的时间里释放出热量，有时候还可能产生很多的有毒物质，所以因高分子的阻燃性能仍然较低所造成的火灾事故还很频繁，由此而造成的各项经济损失也很大。因此，如何进一步增强高分子材料的阻燃性能，还需要加大对其的研究力度。本文将从高分子材料的燃烧及阻燃机理入手，通过分析高分子阻燃剂的种类，探讨高分子阻燃技术的实际应用以及未来的发展方向。

关键词：高分子材料;阻燃技术;实际应用;发展方向

1 高分子材料的燃烧和阻燃机理

1.1 高分子材料的燃烧机理

由于热量的影响，高分子材料的化学性质会产生极大的变化，能够分解挥发出许多可燃物质，受热分解的产物在固相和气相环境下又迅速分解。若燃烧未遵守热平衡的原理，那么高分子就会伴随其产生的热量和燃烧的热量的改变而产生质的变化。

1.2 高分子材料的阻燃机理

高分子材料的阻燃技术是针对于其燃烧机理而研发的。如果高分子材料稳定燃烧，那么必须具有可燃性、稳定性，可以把重质物质隔离起来。因而阻燃技术就是冷却、稀释材料进而达到阻燃的最终目的。当前的高分子材料阻燃技术的主要方法是添加型，反应型利用较少，所以在阻燃材料的研究过程中，添加剂的应用成为重中之重。

2 高分子材料阻燃添加剂的种类

2.1 磷系阻燃剂

含卤磷酸醋在磷系阻燃剂中应用的最为广泛，它是在高分子受热降解的过程中促使高分子材料发生脱水碳化反应，一方面减少可燃气体，另一方面利用磷化合物不挥发的特性，隔绝或凝结碳化物，限制其与外界热量和空气的接触。

2.2 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。卤系阻燃剂阻燃机理比较清楚，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，具有很強的腐蚀作用，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 含硅阻燃剂

有机含硅阻燃剂作为一个一项新型的阻燃剂，主要有硅院共聚物和有硅树脂这两种。当前由美国通用公司生产出来的SFR一100有机硅阻燃剂是应用最为典型的，它是将硅酮聚合物与氢氧化物和聚磷酸钱协同使用，进一步增强阻燃效果。

2.4 本质阻燃剂

所谓本质阻燃剂指的是利用那些高分子材料本身具有的化学结构阻燃性来生产和制作高分子材料的一种阻燃技术。例如芳基乙诀聚合物，它的炭化层能够承受住1500一2000度的高温，可以应用于宇宙飞船、火箭等当中。根据本质阻燃剂研发的高分子材料可以从本质上解决其易燃的问题，是未来高分子材料阻燃技术的发展方向。

2.5 无机阻燃剂

无机阻燃剂的原理是，阻燃剂受热分解后，一方面产生水蒸气降低燃烧的温度，阻止燃烧的继续，稀释可燃气体;另一方面产生氧化镁和氧化铝等，与高分子材料燃烧表面所产生的炭化合物进行反应，形成一层保护膜，有效隔绝可燃气体和外界的热量、氧气，从而实现阻燃的目的。可见，无机阻燃剂具有不产生有毒的气体、阻燃效果较好、无二次污染、稳定性好等优势。

3 高分子材料阻燃技术的运用

3.1 阻燃剂

阻燃剂的使用能够大幅降低高分子材料的可燃性，缓和燃烧速度。根据高分子结构分子分散的形式，阻燃剂分为反应型和添加型两种：

3.1.1 反应型

当阻燃剂和热塑性高分子产生化学反应时，会强烈干扰分子结构的固热性，此时阻燃剂中的氮系、磷系、锑系、无机磷系、铝镁系等的结构都能够隔绝分子间传输热量。

3.1.2 添加型

添加型阻燃剂是利用催化剂的原理，对高分子的阻燃结构进行热量转化，其实际效果比反应型的要好。但因为阴燃过程中阻燃剂会产生出毒性气体，所以应当增加阻燃剂的吸附能力，采用有机盐、磷酸脂、多元醇等来提升阻燃剂的安全系数。

3.2 阻燃技术

阻燃技术在消防领域中的应用程度最高，而阻燃剂作为阻燃技术落实的重要载体，其高分子结构对阻燃效果的影响巨大，阻燃技术也是根据阻燃剂的化学性质改变其分子结构，因此阻燃技术要求在增强高分子材料的脱水碳化时不产生多余可燃性气体和有毒气体。

3.2.1 碳膜

可燃材料在与阻燃剂产生化学反应时，会生成碳化膜，碳化膜可以有效隔绝可燃材料和外部环境的进一步接触，同时还可以隔绝空气，增强阻燃剂的阴燃效果。

3.2.2 无机阻燃技术

无机阻燃技术的机理是阻燃剂在受热情况下会产生许多有吸热功能的水晶体，这些水晶体的蒸发能够转换掉大量的热量，使得高分子材料的温度降低，其热分解的速率也进一步降低。这一技术主要是根据阻燃剂的导热、蓄热作用及其周期性的变化，循环吸收多余热量，扩大阴燃面积。

4 高分子材料阻燃技术未来的发展方向

4.1 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。

4.2 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。

4.3 纳米技术

随着纳米技术的迅速发展，其应用领域也不断拓展，日本曾研发的纳米硅酸盐粘土材料，阻燃性能非常好，它的直径为0.4一0.snm，燃烧过程中所生成的凝聚产物可以较好的封闭气孔，隔绝和空气的接触。纳米材料能在燃烧时产生抑制剂，使物质内部发生质变，同时延缓热释放速率，阻燃性能优良，因而是未来高分子材料阴燃技术的发展方向。

4.4 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，一类是天然高分子材料，如动物胶、各种蛋白质、淀粉、纤维素等。另一类是人工合成的高分子，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。

5 结束语

总之，随着国内外对高分子材料的研究的不断深入，很多新型的高分子材料涌现出来，而阻燃技术也在工业的发展中取得了很大的进展。随着我国对消防工作的完善，阻燃产品的利用率也会大大提升，但是，目前的生产工艺还不能满足市场的需求。

参考文献

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[2]李少康.无机镁铝阻燃剂及其应用发展趋势浅析[J].无机盐工业，2013，35（3）：11～12.