關(guān)于高分子材料阻燃技術(shù)的探析

薛楊(湖北工程學(xué)院，湖北 孝感 432000)

關(guān)于高分子材料阻燃技術(shù)的探析

薛楊(湖北工程學(xué)院，湖北 孝感 432000)

高分子材料具有很強(qiáng)的易燃可燃性，阻燃技術(shù)始終是高分子材料應(yīng)用過程聽關(guān)鍵環(huán)節(jié)。當(dāng)前阻燃技術(shù)主要是通過阻燃劑與阻燃技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)的。納米技術(shù)、微膠囊技術(shù)、化學(xué)反應(yīng)技術(shù)以及膨脹技術(shù)是主要的阻燃技術(shù)。

高分子材料；阻燃技術(shù)；阻燃劑；聚合物

高分子材料是由高分子化合物使用合理的助劑后形成的新材料，從分類上說，主要包括橡膠、纖維、涂料、塑料以及膠黏劑五種。高分子材料中包含的碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)，易燃性可燃性較強(qiáng)，使高分子材料也具有易燃性，并且在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量熱量，火焰也會(huì)很快傳播，且不易熄滅。在燃燒過程中還可能釋放濃煙或者大量有毒氣體，威脅性較大。因此，高分子材料阻燃技術(shù)的研究始終是其重要方向。高分子材料在空氣中經(jīng)過受熱后，會(huì)出現(xiàn)分解，在分解物中包含有一些揮發(fā)性較高的可燃物，這些可燃物濃度經(jīng)過積累后，就會(huì)使整個(gè)物質(zhì)溫度符合燃燒條件，從而發(fā)生燃燒現(xiàn)象。具體過程為：受熱軟件化-大分子鏈斷裂與解聚-再受熱分解出現(xiàn)汽、液、固體以及顆粒-分解出的可燃性氣體和空氣中氧氣混合后出現(xiàn)反應(yīng)進(jìn)一步釋放光與熱-釋放的熱量推高材料溫度與氧氣持續(xù)接觸就會(huì)持續(xù)燃燒。

1 高分子材料阻燃原理

高分子材料的阻燃主要是采取措施減緩或阻止其中會(huì)引起燃燒的一些要素來完成。主要采取兩種方式，一種是添加阻燃劑，一種是通過阻燃技術(shù)。當(dāng)前阻燃技術(shù)的發(fā)展趨勢是將兩者相結(jié)合，通過改變阻燃劑形態(tài)、包裹方式等技術(shù)使阻燃技術(shù)不斷向高效率、低污染方向發(fā)展。

2 高分子材料阻燃技術(shù)

2.1 納米技術(shù)

納米復(fù)合技術(shù)主要是通過在高分子材料中添加納米尺度結(jié)構(gòu)，對于高分子材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)能起到較好的破壞作用，并起到一些阻燃作用。當(dāng)前主要使用的納米阻燃技術(shù)是由納米阻燃添加劑，這種添加劑是添加了層狀硅酸監(jiān)、石墨、層狀雙羥基氫氧化物以及碳納米管等材料的納米復(fù)合材料，這種材料中只需要添加少量的層狀硅酸鹽等材料就能夠保持高熱穩(wěn)定性，安全性能以及阻燃效果都很高。將納米技術(shù)和無鹵材料相結(jié)合后制成的阻燃劑，相較于無鹵阻燃劑，能夠有效降低聚合物阻燃劑的使用量，效果更好。隨著納米技術(shù)和材料技術(shù)的新發(fā)展，當(dāng)前，將納米技術(shù)與PS以及OMMT（有機(jī)蒙脫土）材料進(jìn)行有機(jī)結(jié)合后，能夠提高PS（聚苯乙烯）阻燃效果。將PS和OMMT比例在2%，就能夠使這種納米復(fù)合材料保持極高的熱穩(wěn)定性，質(zhì)量損失10%時(shí)溫度可以降低7.8℃，質(zhì)量損失50%時(shí)溫度可以降低5.2℃，在500%的熱分解殘?zhí)柯薁顩r下，熱釋放速度在峰值上能夠降低21%，再加入OMMT后，還能夠持續(xù)減少熱釋放速率。因此，將PS、OMMT材料按照一定的比例與納米技術(shù)相結(jié)合制成納米復(fù)合阻燃劑時(shí)，能夠極大降低放熱速率，熱反饋?zhàn)饔靡驳玫浇档?，從而使火焰擴(kuò)散受到阻礙，火災(zāi)概率也大幅降低。PS/OMMT復(fù)合材料在熔體的黏度止升后，能夠進(jìn)一步減緩可燃物擴(kuò)散速度，使可燃物與燃燒區(qū)域之間的燃料供給路線被切斷，進(jìn)一步提高阻燃性能。CNT（碳納米管）復(fù)合材料也是一種阻燃效果極強(qiáng)的技術(shù)，加入0.5%的材料就能夠使放熱速率峰值降低60%，放熱速率呈極為緩慢的曲線狀態(tài)，燃燒時(shí)間提高到290s，從而大幅減緩燃燒速度。納米阻燃技術(shù)當(dāng)前廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)等行業(yè)。

2.2 微膠囊技術(shù)

阻燃劑微膠囊化是當(dāng)前使用的主要阻燃劑技術(shù)之一。在以微米計(jì)量的微小容器中，把無機(jī)阻燃劑或者有機(jī)阻燃劑包裹到進(jìn)去，實(shí)現(xiàn)阻燃劑微膠囊化。在容器材料的選擇上，一種是蛋白質(zhì)、纖維素以及動(dòng)物膠等天然高分子材料，一種是聚苯乙烯、聚酯以及聚乙乙烯等人工高分子材料。這種膠囊材料不會(huì)和阻燃劑產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，在物品出現(xiàn)高熱反應(yīng)時(shí)，囊壁就會(huì)因溶融出現(xiàn)破裂，阻燃劑被釋放。這種技術(shù)的重要環(huán)節(jié)在于對各種影響阻燃效果因素的控制，如微膠囊大小、囊壁厚度以及強(qiáng)度和阻燃劑釋放的速度等。微膠囊技術(shù)在阻燃劑形態(tài)和效能的改善以及環(huán)境保護(hù)等方面能夠產(chǎn)生更好的效果。

2.3 化學(xué)反應(yīng)技術(shù)

化學(xué)反應(yīng)阻燃技術(shù)主要是通過共聚、交聯(lián)與接枝等技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。這種技術(shù)通過相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)就能夠在高分子材料的分子主鏈或側(cè)鏈中引入阻燃元素或基體，用阻燃性能高分子材料替代易燃可燃性質(zhì)的高分子材料。輻射交聯(lián)作為當(dāng)前使用較多的一種技術(shù)，就是通過射線對高分子材料進(jìn)行輻射，材料內(nèi)部分子鏈就會(huì)出現(xiàn)交匯現(xiàn)象，進(jìn)而減少了燃燒熔融滴落問題，高分子材料能夠提高成炭概率，從而達(dá)到阻燃效果。普通聚苯乙烯經(jīng)過交聯(lián)后，就能夠大幅降低燃燒速度，并且不會(huì)再有熔融滴落問題，表面會(huì)結(jié)成濃度很高的炭層，將內(nèi)部塑料包裹。這種技術(shù)不需要引發(fā)劑或者催化劑，常溫下就能夠出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，不會(huì)引起污染問題。聚合物通過交聯(lián)，不僅在結(jié)構(gòu)和性能上出現(xiàn)了改變，應(yīng)用范圍也不斷拓寬，進(jìn)而推動(dòng)了新阻燃技術(shù)的出現(xiàn)。

2.4 膨脹技術(shù)

膨脹技術(shù)是由化學(xué)反應(yīng)技術(shù)發(fā)展而來。這種技術(shù)是通過炭化劑、發(fā)泡劑以及炭化促進(jìn)劑等成分使聚合物在受熱過程中，在表面產(chǎn)生一層炭層進(jìn)而隔絕高熱、氧氣和濃煙，防止熔融滴落問題出現(xiàn)。這種阻燃技術(shù)正不斷向少煙和低毒方向發(fā)展，不斷應(yīng)用于涂料業(yè)、船舶工業(yè)、裝飾材料以及電纜外片等各種領(lǐng)域，成為一種應(yīng)用廣泛的耐火涂層。

3 結(jié)語

當(dāng)前高分子材料阻燃技術(shù)不斷發(fā)展，將阻燃劑結(jié)合后，又形成了各種新的阻燃技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，可以結(jié)合材料的阻燃性、加工性能、力學(xué)性能和外觀等因素，在充分考慮到環(huán)保因素的基礎(chǔ)上，制備更科學(xué)、高效的阻燃材料。

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