聚合物的燃燒是一個(gè)非常激烈而又特別復(fù)雜的熱氧化反應(yīng),在時(shí)間上可以分為受熱分解、點(diǎn)燃、燃燒傳播與發(fā)展、充分與穩(wěn)定燃燒、燃燒衰減等五個(gè)階段。這五個(gè)階段在空間上也是可以分開(kāi)的,如表面加熱區(qū)、凝聚相轉(zhuǎn)換區(qū)、氣相可燃物燃燒區(qū)等。阻燃劑是一類能夠阻止聚合物引燃或抑制火焰?zhèn)鞑サ闹鷦W枞紕┑淖枞甲饔镁褪窃诰酆衔锊牧系娜紵^(guò)程中能阻止或抑制其物理或化學(xué)變化的速度。具體說(shuō)來(lái),阻燃效應(yīng)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
(1)吸熱效應(yīng)
阻燃劑在分解的過(guò)程中發(fā)生吸熱反應(yīng),使聚合物材料的溫度上升受到了抑制,從而產(chǎn)生阻燃效果。
(2)覆蓋效應(yīng)
阻燃劑在較高溫度下生成穩(wěn)定的保護(hù)層,覆蓋于高聚物材料的表面,使燃燒產(chǎn)生的熱量難以傳入材料內(nèi)部,使高聚物材料因熱分解而生成的可燃性氣體難以逸出,并對(duì)高聚物材料起隔絕氧氣的作用,從而抑制材料進(jìn)一步裂解,達(dá)到阻燃效果。
(3)稀釋效應(yīng)
阻燃劑在受熱分解時(shí)能產(chǎn)生大量的不燃性氣體,使高聚物材料所產(chǎn)生的可燃性氣體和空氣中的氧氣被稀釋,從而達(dá)不到可燃的濃度范圍。
(4)自由基抑制效應(yīng)
阻燃劑分解形成的自由基,可以捕捉聚合物材料在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的活性自由基,如·O、·OH、·H、·OOH等,抑制自由基繼續(xù)發(fā)生連鎖反應(yīng),使燃燒速度降低直至火焰熄滅。
(5)協(xié)同效應(yīng)
有些阻燃劑若單獨(dú)使用并無(wú)阻燃效果或阻燃效果很小,多種阻燃劑并用時(shí)便可起到增強(qiáng)阻燃的效果,如鹵銻協(xié)同效應(yīng)、磷氮協(xié)同效應(yīng)等。
阻燃機(jī)理主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
(1)氣相阻燃機(jī)理
阻燃劑在氣相中發(fā)揮阻燃作用,主要包括:
①阻燃劑受熱或燃燒時(shí)產(chǎn)生自由基抑制劑,中斷燃燒鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。
②阻燃劑受熱或燃燒時(shí)生成細(xì)微粒子,促進(jìn)自由基相互結(jié)合而中止鏈?zhǔn)饺紵磻?yīng)。
③阻燃劑受熱或燃燒時(shí)釋放出大量的惰性氣體。
(2)凝聚相阻燃機(jī)理
阻燃劑在凝聚相中發(fā)揮阻燃作用,主要包括:
①阻燃劑在凝聚相中延緩或阻止可產(chǎn)生可燃?xì)怏w和自由基的熱分解。
②阻燃劑通過(guò)蓄熱和導(dǎo)熱,使聚合物材料不易達(dá)到熱分解溫度。
③阻燃劑受熱分解吸熱,使聚合物材料溫升減緩或中止。
④阻燃劑燃燒時(shí)在其表面生成多孔炭層,隔熱又隔氧,同時(shí)可阻止可燃?xì)膺M(jìn)入燃燒氣相。
(3)中斷熱交換阻燃機(jī)理
阻燃劑在燃燒過(guò)程中將產(chǎn)生的部分熱量帶走,致使聚合物材料無(wú)法繼續(xù)燃燒,形成熔滴帶走熱量便是典型的這種機(jī)理。