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初中化学解读聚合物阻燃机理及阻燃体系的选择


小伙伴们还记否:初中化学实验课,白磷放在40℃的热水中,会在水中进行燃烧。相信大家当时和小编一样,脸上一个大写的懵逼,Why??? 



这时,小编的化学老师,振臂一呼,挥起粉笔,只见黑板出现几个大字“燃烧的条件(中考必考)”。小编激动的浑身一颤,赶紧记笔记。小编先带大家回顾一下燃烧的条件:

(1) 存在可燃物

(2) 温度达到着火点

(3) 与助燃气体直接接触(最常见最主要的就是O2)

接下来,在了解聚合物阻燃机理之前,小编先用一张图(小编原创哦)结合上述的燃烧条件给大家直观的介绍一下聚合物燃烧的整个过程是怎样的?欢迎加入艾邦助剂交流群,添加群主微信艾邦术师,验证信息:姓名+公司名称。和行业人士共同交流。


1

聚合物燃烧的过程

聚合物受热裂解之后,会产生小分子的可燃物,再与大气中的氧气反应,形成H2-O2的系统,并通过支链化反应使整个燃烧过程持续下去。

燃烧过程示意图:



通过上图,小编相信大家对聚合物的燃烧过程有了一个更为直观的认识。接下来,小编就结合上图给大家介绍一下聚合物阻燃机理及其常见阻燃剂分类。

2

阻燃机理

(1) 气相阻燃机理:抑制燃烧过程中产生的自由基,阻止燃烧的支链化反应。也就是直接将上图中聚合物热烈氧化后产生的自由基捕获。

(2) 凝聚相阻燃机理:阻止聚合物受热后的热裂解,抑制可燃气体的产生。这样就可以抑制燃烧条件之一的存在可燃物。

(3) 中断热交换阻燃机理:带走可燃气体与O2反应释放的热量,也就是使温度降低到可燃物的着火点,阻止进一步裂解燃烧。

3

常见阻燃的分类及原理

(1)卤素阻燃剂:聚合物受热分解时,卤素阻燃剂也开始分解,并能捕捉高分子材料分解时的自由基,从而延缓或抑制然烧链的反应,同时释放出的HXr本身是一种难燃气体,可以覆盖在材料的表面,起到阻隔与稀释氧气浓度的作用。

(2)磷系阻燃剂:含磷阻燃剂的材料燃烧时会生成很多焦炭,并减少了可燃性挥发性物质的生产量,燃烧时阻燃材料的热失重大大降低,但阻燃材料燃烧时的烟密度比未阻燃时增加。

(3)无机阻燃剂:它具有无毒性和低烟等特点它们由于受热分解吸收大量燃烧区的热量,使燃烧区的温度降低到燃烧临界温度以下燃烧自熄:分解后生成的金属氧化物多数熔点高、热稳定性好、覆盖于燃烧固相表面阻挡热传导和热辐射,从而起到阻燃作用。同时分解产生大量的水蒸气,可稀释可燃气体,也起到阻燃作用。

(4)膨胀性阻燃剂:膨胀型阻燃体系主要成分可分为酸源、碳源、气源三个部分。聚磷酸胺受热分解,生成具有强脱水作用的磷酸和焦磷酸,使季戊四醇酯化,进而脱水炭化,反应形成的水蒸汽及三聚氰胺分解的氨气使炭层膨胀,最终形成一层多微孔的炭层,从而隔绝空气和热传导,保护聚合物主体,达到阻燃目的。

详细具体可见本公众号发文《做人当如阻燃剂,四个境界您在哪层》

最后。由于环保检查,山东一带大量的阻燃剂生产厂家停产整顿,阻燃剂价格像坐了火箭似的一路飙升。特别是卤素阻燃剂,在上个月,溴系阻燃剂的价格20天上涨了7.07%。

所以,小编在这给大家简单介绍一下聚合物阻燃体系的选择规律,让各位改性朋友以最小的成本选择效果最优的阻燃体系。

4

聚合物阻燃剂的选择原则[1]

(1)阻燃剂的热特性必须与高聚物匹配,要求在高聚物燃烧前分解,而在高聚物加工时和作为最终产品使用时,要保持稳定。

(2)在应用于电力和电子工业时需要高化学纯度的阻燃剂。

(3)要有适宜的熔化范围和与基材的良好相容性。以保持基材的物理特性,防止阻燃剂本身向基材表面的迁移。

(4)高卤素含量减少了阻燃剂的添加量以尽量保持基材原有的物理特性。

(5)在阻燃高聚物的生产和最终使用的过程中,要避免或减少有毒的危险性,经得起有检验。

(6)所选择的阻燃剂必须符合制品的检测标准。

(7)在最终使用时,成本—效率的考虑比单考虑阻燃剂成本更重要。


参考文献:

[1] Pierre Georlte,Dead Sea Bromine Group.阻燃剂选择的原则[J].周正恩译.阻燃材料与技术,1996.


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