高分子材料的阻燃方法分析

宋納川+甄世鈺+劉弘毅

（1.大連理工大學(xué)高分子材料與工程 遼寧大連 116000；2.大連理工大學(xué)化學(xué)工程 遼寧大連 116000；3.大連理工大學(xué)公共事業(yè)管理 遼寧大連 116000）

摘 要：伴隨工業(yè)技術(shù)的逐漸進(jìn)步，高分子材料的阻燃性與抗破壞性日益增強(qiáng)。然而因?yàn)楦叻肿硬牧显诰唧w的燃燒環(huán)節(jié)沒有辦法在短期內(nèi)釋放出全部的熱量，或許還會(huì)產(chǎn)生非常多的物質(zhì)，因?yàn)橛捎诟叻肿硬牧系淖枞夹暂^弱所導(dǎo)致的火災(zāi)事件仍有發(fā)生。本文就高分子材料的阻燃方法進(jìn)行簡單的分析。

關(guān)鍵詞：高分子材料；阻燃；分析

1 前言

高分子材料憑借其良好的性能、較低的價(jià)格而被大量運(yùn)用于所有建筑與日常生活的各個(gè)層面，然而大部分的高分子材料均是可燃、易燃性的材料，在燃燒之時(shí)，所釋放的熱量非常之多，較快的火焰?zhèn)鞑ニ俣龋y以熄滅，或許還會(huì)出現(xiàn)濃煙與有毒的氣體，對(duì)于人們的生命財(cái)產(chǎn)安全與自然環(huán)境產(chǎn)生了非常大的影響。

2 高分子材料概述

高分子材料所指的是以高分子化合物為基石所形成的材料。高分子材料主要有相對(duì)分子質(zhì)量比較高的化合物所組成，涵蓋塑料、橡膠、涂料、纖維以及膠粘劑等等，高分子是生命存在的一種非常重要的形式。

3 阻燃的必要性

根據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)能夠得知，我們國家在最近幾年時(shí)間內(nèi)各種民用、裝飾用品等層面迅速拓展，因?yàn)槌^90%的纖維制品均具備較強(qiáng)的易燃性。例如：天津大爆炸事件，若出現(xiàn)爆炸的倉庫具備較為完整的阻燃防火設(shè)備，倉庫的管理者預(yù)先完善好防火阻燃相關(guān)的工作，則事故所造成的傷亡人數(shù)便會(huì)有較多的減少。因此，為了能夠不對(duì)社會(huì)導(dǎo)致不必要的經(jīng)濟(jì)損失，所以對(duì)高分子材料實(shí)施阻燃處理具有非常重要的意義。

4 高分子材料的阻燃方法

4.1 阻燃劑添加法

當(dāng)前，在我們國家運(yùn)用最多并且成本費(fèi)用最低的阻燃方法便是在高分子材料里面加入一定數(shù)量的阻燃劑，運(yùn)用阻燃劑和高分子材料中所分解出的可燃物的相互融合，來達(dá)到增強(qiáng)高分子材料阻燃性的目標(biāo)，此方式所具備的最大優(yōu)勢(shì)便是無需實(shí)施大規(guī)模的投資，制作費(fèi)用相對(duì)較低，同時(shí)在對(duì)于不一樣的高分子材料所使用的阻燃劑調(diào)節(jié)層面較為便利，然而，其同樣有著非常多的不足，若高分子材料和所加入的元素產(chǎn)生反應(yīng)，進(jìn)而損壞了高分子材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對(duì)其性能造成非常大的消極影響。所以，在選取所需添加的阻燃劑之時(shí)需要非常的嚴(yán)瑾，需要在不會(huì)對(duì)高分子材料產(chǎn)生影響又或是影響相對(duì)較小的基礎(chǔ)之上，在高分子材料里面的添加適宜的阻燃劑以達(dá)到阻燃的目標(biāo)。

4.2 微膠囊技術(shù)

微膠囊化所代表的是將某一物質(zhì)存放于一個(gè)幾微米到幾百微米的非常小的容器里面，進(jìn)而達(dá)到維護(hù)與調(diào)控釋放等功能。將有機(jī)又或是無機(jī)的阻燃劑實(shí)施微膠囊化是目前阻燃劑發(fā)展的熱點(diǎn)話題，同時(shí)已經(jīng)由理論轉(zhuǎn)向運(yùn)用環(huán)節(jié)。囊材主要有兩個(gè)不同的種類：第一，天然高分子材料，例如：蛋白質(zhì)、動(dòng)物膠、纖維素以及淀粉等等。第二，人工合成高分子，例如：聚苯乙烯、聚酯、聚乙烯醇、聚酰胺以及環(huán)氧樹脂等等。囊材和所需包裹的阻燃劑之間不會(huì)產(chǎn)生任何化學(xué)反應(yīng)，在制品遇火溫度增加之時(shí)，囊壁當(dāng)即便會(huì)熔化破裂，進(jìn)而將阻燃劑釋放出來。微膠囊的尺寸、強(qiáng)度以及囊壁的厚度等其它的物理特征都會(huì)對(duì)最后的阻燃功效產(chǎn)生影響。微膠囊化在完善阻燃劑的功效、外形及降低環(huán)境污染等層面均有著非常大的作用。

4.3 納米技術(shù)

從傳統(tǒng)形式的阻燃劑層面，其在價(jià)格、環(huán)境污染以及力學(xué)性能等層面均不具備優(yōu)勢(shì)。納米技術(shù)的運(yùn)用則拓展了阻燃技術(shù)的全新領(lǐng)域，不僅材料的使用數(shù)量有較大的減少，并且效用和安全性有較大的增強(qiáng)，同樣減少了對(duì)于環(huán)境所產(chǎn)生的污染。歐洲多個(gè)國家所發(fā)起的Phoenix的合作計(jì)劃，以納米技術(shù)為基礎(chǔ)，生產(chǎn)納米顆粒又或是和無鹵材料相互融合，取代傳統(tǒng)形式的無鹵阻燃劑，減少了聚合物阻燃劑的使用數(shù)量，增強(qiáng)阻燃劑的作用。豐田汽車在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件中運(yùn)用了尼龍/層狀硅酸鹽的納米素材，使得其熱穩(wěn)定性與硬度有了較大的提升。除此之外，納米復(fù)合材料有著非常好的阻燃性能，被大量運(yùn)用至輪胎、電子電氣元件之中。

4.4 化學(xué)反應(yīng)法

運(yùn)用交聯(lián)、共聚以及接枝等方式的化學(xué)反應(yīng)同樣能夠合理的將阻燃元素及基團(tuán)引入到高分子材料的分子主鏈又或是側(cè)鏈之中，從而將可燃、易燃的高分子材料更加深入的轉(zhuǎn)變?yōu)榫邆漭^強(qiáng)阻燃性能的高分子材料。輻射交聯(lián)手段的運(yùn)用可以形成一個(gè)本質(zhì)型的阻燃高分子材料。其機(jī)理如下：御用γ射線針對(duì)高分子材料實(shí)施輻射，從而推動(dòng)高分子材料的分子鏈相互交叉，在發(fā)生交叉以后，高分子材料在燃燒之時(shí)所出現(xiàn)的熔融滴落的問題便會(huì)有所好轉(zhuǎn)。比如：普通的線形聚苯乙烯（PS）的極限氧指數(shù)僅僅為17.5%，若將其完全暴露于空氣里面實(shí)施點(diǎn)燃，極易產(chǎn)生大面積內(nèi)的燃燒，有著非常嚴(yán)重的熔融滴落問題，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生非常多的濃黑煙。然而，若將苯乙烯（ST）單體與交聯(lián)劑二乙烯基苯（DVB）按照ST：DVB=100：3的質(zhì)量比實(shí)施混合共聚，從可以使得交聯(lián)的PS的極限氧指數(shù)達(dá)到18%，PS的水平燃燒速度由36mm/min減少為23mm/min，降低了36.1%，錐形量熱儀實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)熱量釋放的速度峰值（PHRR）降低了13.1%，質(zhì)量損失的速度峰值（PMLR）降低了9.4%，生煙速度的峰值（PSRR）降低了22%，在發(fā)生交聯(lián)以后，PS燃燒的速度有顯著的降低，同時(shí)，并不會(huì)發(fā)生熔融滴落，外表有著非常濃厚的炭層，將其撥開以后，所能夠看到的便是一個(gè)無色透明的塑料。

4.5 無機(jī)阻燃技術(shù)

無機(jī)阻燃技術(shù)展示出了阻燃劑所具備的導(dǎo)熱與蓄熱作用，在燃燒環(huán)節(jié)，高分子材料的分子架構(gòu)會(huì)按照其導(dǎo)熱與蓄熱的具體狀況出現(xiàn)周期性的改變，在蓄熱與導(dǎo)熱量超出指標(biāo)之時(shí)，其分子結(jié)構(gòu)便會(huì)遭受嚴(yán)重的損壞，無機(jī)阻燃技術(shù)能夠吸收并且循環(huán)多余的熱量，并且能夠增加阻燃劑所能夠受熱的面積，依托分解、吸收的方式將熱量傳遞至相對(duì)安全的位置處。其阻燃機(jī)理是：阻燃劑在受熱以后便會(huì)形成非常多具備吸熱功能的水晶體，水晶體在受熱蒸發(fā)以后便會(huì)散去非常多的熱量，高分子材料的受熱會(huì)隨之降低，其熱分解的速度同樣會(huì)有多減低。

5 結(jié)語

針對(duì)現(xiàn)實(shí)運(yùn)用環(huán)節(jié)的高分子材料而言，在增強(qiáng)其阻燃性能之時(shí)，需要盡量避免對(duì)于成型加工性能、力學(xué)強(qiáng)度以及外觀質(zhì)量等造成消極的影響，并且還需要充分考慮到對(duì)于材料費(fèi)用與環(huán)境產(chǎn)生的影響。當(dāng)前的發(fā)展態(tài)勢(shì)是全面采取各類方式，運(yùn)用協(xié)同阻燃的方式加工出達(dá)到現(xiàn)實(shí)運(yùn)用需求的高分子材料。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

宋納川 （1997—），男，漢族，籍貫：山東日照，學(xué)歷學(xué)位：本科在讀，職稱：無，單位：大連理工大學(xué)，研究方向：高分子材料與工程.

甄世鈺 （1997—），男，漢族，籍貫：甘肅金昌，學(xué)歷學(xué)位：本科在讀，職稱：無，單位：大連理工大學(xué)，研究方向：化學(xué)工程.

劉弘毅 （1997—），女，漢族，籍貫：遼寧大連，學(xué)歷學(xué)位：本科在讀，職稱：無，單位：大連理工大學(xué)，研究方向：公共事業(yè)管理