高分子材料阻燃技術(shù)的研究

唐林川（西南石油大學(xué)，四川成都 646100）

高分子材料阻燃技術(shù)的研究

唐林川
（西南石油大學(xué)，四川成都 646100）

高分子材料屬于易燃物質(zhì)，針對其阻燃技術(shù)的研究是當(dāng)今社會火災(zāi)防治領(lǐng)域的重要內(nèi)容。目前常用的方法有添加阻燃劑技術(shù)，可添加的阻燃劑有鹵系、磷系、氮系及有機(jī)硅阻燃劑，同時(shí)也可結(jié)合微膠囊技術(shù)、納米技術(shù)和膨脹技術(shù)，從而制備出滿足應(yīng)用要求的高性能阻燃材料。

高分子材料；阻燃技術(shù)；燃劑

高分子材料是以高分子化合物為基礎(chǔ)，再輔以相應(yīng)的助劑所構(gòu)成的材料。目前，高分子材料可分為橡膠、塑料、纖維、涂料和膠黏劑五大類，并廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、國防、交通運(yùn)輸、機(jī)械制造以及人們的日常生活中。隨著高分子材料在當(dāng)今社會中的應(yīng)用越來越廣泛，其存在的問題也日益顯現(xiàn)，其中一個(gè)主要的問題就是高分子材料的易燃性。由于大多數(shù)高分子材料是碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)，屬于易燃可燃物質(zhì)，極易發(fā)生燃燒并釋放大量的熱，其火焰的傳播速度也極快且無法輕易熄滅，同時(shí)，部分材料還會產(chǎn)生濃煙并釋放大量毒氣，嚴(yán)重危害到公眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，并對生態(tài)環(huán)境構(gòu)成巨大的威脅。因此，針對高分子材料阻燃技術(shù)的研究成為國內(nèi)外火災(zāi)防治領(lǐng)域的重要課題。

1　高分子材料的燃燒

燃燒的基本條件是，可燃物、氧氣或者空氣以及一定的溫度。高分子材料的燃燒過程是，在空氣中受熱分解成具有揮發(fā)性的可燃物，當(dāng)可燃物的濃度和整個(gè)體系的溫度達(dá)到燃燒條件時(shí)，即發(fā)生燃燒。燃燒過程是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過程，通?？煞譃槲鍌€(gè)階段，即，高分子材料受熱軟化成粘稠狀，大分子鏈斷裂解聚，進(jìn)一步受熱分解成汽、液、固態(tài)和微粒，分解的可燃性氣體與氧氣（空氣）混合發(fā)生反應(yīng)并放出光和熱，放出的熱使得材料的溫度持續(xù)上升并在有氧氣存在時(shí)維持燃燒且不斷傳播。

2　高分子材料的阻燃方式

針對高分子材料的阻燃需通過減緩或者阻止其中的要素來實(shí)現(xiàn)，主要通過兩種方式［1］，一種方式是添加適當(dāng)種類和用量的阻燃劑，可用來添加的阻燃劑有添加型阻燃劑和反應(yīng)型阻燃劑，前者通過機(jī)械混合的方法，將阻燃劑分散至高聚物中，使其獲得阻燃性，后者是引入阻燃結(jié)構(gòu)單元使其參與反應(yīng)，并結(jié)合到高聚物的主鏈或者支鏈對其進(jìn)行修飾；另一種方式是使高聚物本身具有阻燃性，采用具有阻燃特性的單體使其發(fā)生均聚或者共聚，從而在根本上改變高聚物的分解機(jī)制、熱物理學(xué)特性等。另外，為了達(dá)到更優(yōu)異的阻燃效果，通常也會采用多種阻燃技術(shù)復(fù)合的方式。

3　添加阻燃劑技術(shù)

添加阻燃劑技術(shù)是利用阻燃劑和高分子材料體系在燃燒時(shí)的氣相或凝聚相的阻燃作用從而提高材料的阻燃性。具有代表性的阻燃劑有：鹵系阻燃劑、磷系阻燃劑、有機(jī)硅阻燃劑和氮系阻燃劑。

3.1鹵系阻燃劑

鹵系阻燃劑是指含氯或溴的有機(jī)化合物，主要有氯化石蠟、氯化聚乙烯、十溴聯(lián)苯醚等，其阻燃原理是利用熱解出來的鹵素自由基捕捉材料熱降解生成的氫和氫氧自由基，延緩或者終止燃燒的鏈反應(yīng)過程，同時(shí)釋放出難燃的鹵化氫氣體，覆蓋在材料表面，將周圍的可燃?xì)怏w稀釋和隔絕，從而進(jìn)一步阻燃。但是，鹵系阻燃劑在阻燃的同時(shí)，會釋放出大量的氯化氫、溴化氫等有毒氣體，并與空氣中的水分形成具有腐蝕性的氫鹵酸，釋放大量煙霧，因此，開發(fā)新的無鹵高效的阻燃劑是當(dāng)今社會的重要課題。

3.2磷系阻燃劑

磷系阻燃劑包括磷酸酯、亞磷酸酯、含磷多元醇、磷氮化合物、磷酸銨鹽以及聚磷酸銨等。磷系阻燃劑的阻燃過程是在火災(zāi)初期促進(jìn)高分子材料脫水炭化，抑制可燃性氣體的產(chǎn)生，同時(shí)，不具有揮發(fā)性的磷化合物會起到凝結(jié)劑的作用，使炭化物形成保護(hù)性炭膜，從而隔絕外界的熱和空氣。磷系阻燃劑目前已廣泛應(yīng)用于熱塑性工程塑料、聚氨酯泡沫塑料等的阻燃改性。

3.3有機(jī)硅阻燃劑

有機(jī)硅阻燃劑是一種新型高效、環(huán)境友好的成炭抑煙劑，包括硅烷共聚物和硅樹脂，通過改進(jìn)分子結(jié)構(gòu)、提高分子質(zhì)量以及共混等方式來提高阻燃抑煙效果，改善成炭性及基體材料的加工性、耐熱性和力學(xué)性能。目前，具有代表性的產(chǎn)品是通用公司的牌號為SFR-100 的硅酮聚合物，通常需要與一種或多種協(xié)同劑并用。

3.4氮系阻燃劑

含氮的阻燃劑主要是利用分解反應(yīng)后形成的不可燃?xì)怏w稀釋可燃性氣體，或者將分解產(chǎn)物覆蓋于可燃物表面而達(dá)到阻燃作用。目前常用的有三聚氰胺類鹽以及胍鹽等。

添加阻燃劑的方法具有過程簡單、價(jià)格低廉、可靈活調(diào)節(jié)材料阻燃級別的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在阻燃效率低、添加量大、與材料相容性差以及對材料的力學(xué)性能、加工性能、外觀等產(chǎn)生不良影響的諸多缺陷。

4　高分子材料阻燃技術(shù)

4.1微膠囊技術(shù)

微膠囊技術(shù)是指利用高分子包裹材料將固、液甚至氣體包裹于微小容器中，起到保護(hù)以及控制釋放的作用。微膠囊材料主要有天然高分子和人工合成高分子兩大類，前者主要包括動物膠、蛋白質(zhì)、淀粉、纖維素等，后者主要包括聚乙烯醇、聚酰胺、聚苯乙烯、聚酯以及環(huán)氧樹脂等。當(dāng)制品遇火受熱時(shí)，微膠囊材料的囊壁會立即熔融破裂并釋放出阻燃劑，從而起到阻燃的作用。

4.2納米技術(shù)

納米阻燃高分子復(fù)合材料是納米材料的重要分支，隨著納米技術(shù)的不斷進(jìn)步，逐漸有新的納米阻燃體系出現(xiàn)。納米阻燃劑按照維度可分為一維、二維和零維納米材料，且其添加量極少，通常添加小于5%時(shí)，即可顯著降低材料的燃燒性能，并提高其機(jī)械性能。

4.3膨脹技術(shù)

膨脹阻燃體系需要炭化劑、炭化促進(jìn)劑以及發(fā)泡劑三種組分。膨脹型阻燃劑一般以磷和氮為主要成分，在聚合物受熱時(shí)，使其表面能生成一層均勻的炭質(zhì)泡沫層，從而起到隔熱氧和抑煙的作用，同時(shí)防止產(chǎn)生熔滴現(xiàn)象。此類阻燃劑符合少煙、低毒阻燃劑的發(fā)展方向，是實(shí)現(xiàn)無鹵化發(fā)展的有效途徑，廣泛應(yīng)用于建筑裝飾材料、電纜外層等的耐火涂層。

5　結(jié)語

目前，高分子材料的阻燃技術(shù)眾多，在實(shí)際應(yīng)用過程中，可復(fù)合多種阻燃手段，并綜合考慮對制品的阻燃性能、力學(xué)性能、加工性能以及外觀的影響，同時(shí)考慮到對環(huán)境的保護(hù)，從而制備出滿足應(yīng)用要求的高性能阻燃材料。

［1］ 周亞東.高分子材料阻燃改性研究進(jìn)展［J］.廣州化工，2013，41（3）：18-20.

Studies of Polymer Materials Flame Retardant Technology

Tang Lin-chuan

The polymer material is flammable material，research for its flame retardant technology is an important part of today's society in the field of fire prevention and control.The most commonly used methods are flame retardant technology，you can add flame retardant halogen-based，phosphorus-based，nitrogen-based flame retardant and silicone，and also can be combined with the micro-capsule technology，nanotechnology and expansion technology，thereby preparing a meet the application requirements of high performance flame-retardant materials.

polymer materials；flame retardant technology；flame retardant

TU545

B

1003-6490（2016）05-0081-02

2016-04-29

唐林川（1993—），男，四川瀘州人，本科在讀。