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无机阻燃剂的阻燃机理

发布时间:2019-04-10 04-10 21:04 作者:阻燃剂材料

无机阻燃剂包括氢氧化铝、氢氧化镁、膨胀石墨、硼酸盐、草酸铝和硫化锌为基的阻燃剂。氢氧化铝和氢氧化镁是无机阻然剂的主要品种,它具有无毒性和低烟等特点它们由于受热分解吸收大量燃烧区的热量,使燃烧区的温度降低到燃烧临界温度以下燃烧自熄:分解后生成的金属氧化物多数熔点高、热稳定性好、覆盖于燃烧固相表面阻挡热传导和热辐射,从而起到阻燃作用。同时分解产生大量的水蒸气,可稀释可燃气体,也起到阻燃作用。


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水合氧化铝有热稳定性好,在300℃下加热2h可转变为AlO(OH),与火焰接触后不会产生有害的气体,并能中和聚合物热解时释放出的酸性气体,发烟量少,价格便宜等优点,因而它成为无机阻燃剂中的重要品种。水合氧化铝受热释放出化学上结合的水,吸收燃烧热量,降低燃烧温度。在发挥阻燃作用时,主要是两个结晶水起作用,另外,失水产物为活性氧化铝,能促进一些聚合物在燃烧时稠环炭化,因此具有凝聚相阻燃作用。从该机理可知使用水合氧化铝作阻燃剂,添加量应较大。



镁元素阻燃剂主要品种为氢氧化镁,是近几年来国内外正在开发的一种阻燃剂,它在340℃左右开始进行吸热分解反应生成氧化镁,在423℃下失重达最大值,490℃下分解反应终止。从量热法得知,其反应吸收大量热能(44。8KJ/mol) ,生成的水也吸收大量热能,降低温度,达到阻燃。氢氧化镁的热稳定性和抑烟能力都比水合氧化铝好,但由于氢氧化镁的表面极性大,与有机物相容性差,所以需要经过表面处理后才能作为有效的阻燃剂。另外,它的热分解温度偏高,适宜热固性材料等分解温度较高的聚合物的阻燃。



在高温下,可膨胀石墨中的嵌入层受热易分解,产生的气体使石墨的层间距迅速扩大到原来的几十倍至几百倍。当可膨胀石墨与高聚物混合时,在火焰的作用下,可在高聚物表面生成坚韧的炭层,从而起到阻燃作用。硼酸盐阻燃剂有硼砂、硼酸和硼酸锌。目前主要使用的是硼酸锌。硼酸锌在300℃开始释放出结晶水,在卤素化合物的作用下,生成卤化硼、卤化锌,抑制和捕获游离的羟基,阻止燃烧连锁反应;同时形成固相覆盖层,隔绝周围的氧气,阻止火焰继续燃烧并具有抑烟作用。硼酸锌可以单独使用,也可与其它阻燃剂复配使用。目前,主要产品有细粒硼酸锌、耐热硼酸锌、无水硼酸锌和高水硼酸锌。



草酸铝是氢氧化铝衍生的结晶状物,碱含量低。含有草酸铝的高聚物燃烧时,放出H20, CO及CO2,而不生成腐蚀性气体,草酸铝还能降低烟密度和生烟速度。由于草酸铝的碱含量低,所以用其阻燃的电线、电缆的包覆料时,不影响材料的电气性能。现在已开发的5种以硫化锌为基的阻燃剂,其中4种用于硬质PVC,另一种可用于软质PVC,聚烯径和尼龙。这类阻燃剂可提高材料的抗老化性能,且与玻纤有好的相容性和提高聚烯烃的热稳定性。



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