根據(jù)使用原理,阻燃劑可分為添加型阻燃劑和反應(yīng)型阻燃劑。
添加型阻燃劑通常是以物理方式添加到聚合物材料中,操作方法簡單,但是須考慮添加型阻燃劑與聚合物材料的相容性,添加型阻燃劑對聚合物材料的物性影響等問題。
與添加型阻燃劑的使用原理不同,反應(yīng)型阻燃劑能與聚合物單體形成共聚物,因此聚合物材料的阻燃性能更加持久,而且對聚合物材料的機械力學性能影響較小,是目前阻燃劑的熱門課題。
一、阻燃機理
聚合物材料的燃燒是一個非常復(fù)雜的過程,既伴隨物理變化,又存在化學變化。但就一般情況而言,反應(yīng)型阻燃劑的阻燃機理可以劃分成氣相機理和凝聚相機理兩類。
1、氣相機理
與燃燒過程相對應(yīng),反應(yīng)型阻燃劑的氣相機理既包括物理反應(yīng)也包括化學反應(yīng)。物理作用主要表現(xiàn)在反應(yīng)型阻燃劑能夠吸收環(huán)境中的熱量,發(fā)生分解并釋放出不可燃氣體(如氮氣、氨氣和二氧化碳等),能夠稀釋空氣中的氧氣濃度,從而達到阻止材料繼續(xù)燃燒的目的。有時一些不可燃性氣體還具有散熱作用,可以降低周圍環(huán)境的溫度?;瘜W作用則主要體現(xiàn)在自由基捕捉機理上,可以阻止燃燒的鏈反應(yīng),較大幅度地減少火焰釋放的熱量。
2、凝聚相機理
反應(yīng)型阻燃劑的阻燃機理在凝聚相有多種作用模式,一般成炭作用是普遍的模式。反應(yīng)型阻燃劑不僅能夠增加碳殘量,還可以促進碳的抗氧化,阻止碳被完全氧化成二氧化碳,從而減少氧化作用所釋放的熱量。通常情況下,反應(yīng)型阻燃劑在阻燃材料中的主要作用是在聚合物燃燒時生成不可燃氣體,稀釋可燃氣體的濃度,有效降低材料在燃燒和分解時的熱效應(yīng),并且增加炭化作用的量,隔熱隔氧。
二、反應(yīng)型阻燃劑的應(yīng)用
1、環(huán)氧樹脂
環(huán)氧樹脂(EP)是一類分子結(jié)構(gòu)中含兩個或兩個以上環(huán)氧基團的有機高分子聚合物,可與多種類型的固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng),形成具有優(yōu)良的絕緣性能和化學穩(wěn)定性的聚合物,在黏合劑、澆注料等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。但由于環(huán)氧樹脂的阻燃性較低,一般情況下需要對其進行阻燃改性來滿足特殊工藝技術(shù)的要求。
2、聚氨酯
聚氨酯(PU)是由氨基甲酸酯連接的有機單元組成的聚合物,具有抗噪、隔熱、耐磨等多項優(yōu)異性能。在未經(jīng)阻燃處理的情況下,聚氨酯材料的極限氧指數(shù)(LOI)約為18%,反應(yīng)型阻燃劑一般是通過接枝反應(yīng)把帶有阻燃功能的基團引入到聚氨酯分子結(jié)構(gòu)中,以此來提高聚氨酯材料在高溫環(huán)境中的阻燃效果和耐熱性能。
3、棉織物
棉織物因其舒適性和透氣性而被廣泛應(yīng)用于服裝行業(yè)與裝飾行業(yè),然而它的熱穩(wěn)定性較差,在日常生活中可能會引發(fā)火災(zāi)。因此,對棉織物進行阻燃改性使其獲得阻燃性是非常有必要的。
4、阻燃紙
紙制品由于重量輕、成本低等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于包裝、建筑、裝修和日用品行業(yè),但是大部分紙張通常是由纖維抄造而成的,由于其易燃特性,極易引發(fā)火災(zāi),造成較大的經(jīng)濟損失。因此賦予紙張優(yōu)異的阻燃性能對于減少火災(zāi)發(fā)生量、擴大紙制品的應(yīng)用范圍具有非常重要的意義。
由于高分子材料在市場上的廣泛應(yīng)用,阻燃劑的開發(fā)利用已經(jīng)得到了較大程度的發(fā)展。反應(yīng)型阻燃劑能夠以化學反應(yīng)的方式引入到高分子材料中,與添加型阻燃劑相比,它具有低毒環(huán)保、低量高能的優(yōu)點,并且不會對材料的機械性能造成較大影響,越來越受到市場的歡迎。
但是由于工藝設(shè)備與生產(chǎn)方式的制約,目前反應(yīng)型阻燃劑也存在著制備成本高以及難以大規(guī)模生產(chǎn)的局限性,如何利用價格相對低廉的原料以及逐步探索出一套成熟完善的工業(yè)生產(chǎn)方法是亟待解決的問題。