聚合物的燃燒是一個非常激烈而又特別復雜的熱氧化反應,在時間上可以分為受熱分解、點燃、燃燒傳播與發(fā)展、充分與穩(wěn)定燃燒、燃燒衰減等五個階段。這五個階段在空間上也是可以分開的,如表面加熱區(qū)、凝聚相轉換區(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?。阻燃劑的阻燃作用就是在聚合物材料的燃燒過程中能阻止或抑制其物理或化學變化的速度。具體說來,阻燃效應主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
(1)吸熱效應
阻燃劑在分解的過程中發(fā)生吸熱反應,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
阻燃劑在較高溫度下生成穩(wěn)定的保護層,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,并對高聚物材料起隔絕氧氣的作用,從而抑制材料進一步裂解,達到阻燃效果。
(3)稀釋效應
阻燃劑在受熱分解時能產(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,從而達不到可燃的濃度范圍。
(4)自由基抑制效應
阻燃劑分解形成的自由基,可以捕捉聚合物材料在燃燒過程中產(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,使燃燒速度降低直至火焰熄滅。
(5)協(xié)同效應
有些阻燃劑若單獨使用并無阻燃效果或阻燃效果很小,多種阻燃劑并用時便可起到增強阻燃的效果,如鹵銻協(xié)同效應、磷氮協(xié)同效應等。
阻燃機理主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
(1)氣相阻燃機理
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產(chǎn)生自由基抑制劑,中斷燃燒鏈式反應。
②阻燃劑受熱或燃燒時生成細微粒子,促進自由基相互結合而中止鏈式燃燒反應。
③阻燃劑受熱或燃燒時釋放出大量的惰性氣體。
(2)凝聚相阻燃機理
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)生可燃氣體和自由基的熱分解。
②阻燃劑通過蓄熱和導熱,使聚合物材料不易達到熱分解溫度。
③阻燃劑受熱分解吸熱,使聚合物材料溫升減緩或中止。
④阻燃劑燃燒時在其表面生成多孔炭層,隔熱又隔氧,同時可阻止可燃氣進入燃燒氣相。
(3)中斷熱交換阻燃機理
阻燃劑在燃燒過程中將產(chǎn)生的部分熱量帶走,致使聚合物材料無法繼續(xù)燃燒,形成熔滴帶走熱量便是典型的這種機理。