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1、浅谈阻燃剂在膨胀型防火涂料中的应用新颜,涂伟萍,杨卓如,陈焕钦 (华南理工大学化学工程研究所,广州510640) 摘要:根据阻燃剂的分类,阐述了各类阻燃剂的阻燃机理。评述了国内外几种阻燃性好的阻燃剂的应用。提出了膨胀型防火涂料中阻燃体系及阻燃剂的选用原则。 关键词:阻燃剂;阻燃性;膨胀型防火涂料 阻燃剂是一种能提高可燃性聚合物的难燃性、阻止材料被引燃及抑制火焰蔓延的助剂。防火涂料的研究和开发与阻燃剂的发展密切相关,阻燃剂及阻燃体系的选择对防火涂料的性能起着关键作用。本文概
2、述了阻燃剂的发展及其在膨胀型防火涂料中的应用。 1·阻燃剂的分类及作用机理 阻燃剂的分类方法很多,一般按阻燃元素种类分为无机阻燃剂和有机阻燃剂两大类。 无机阻燃剂主要为添加型,多用于热塑性高聚物,包括锑系阻燃剂、氢氧化铝(也称三水合铝,ATH)、氢氧化镁阻燃剂、含磷无机阻燃剂、含硼以及含钼阻燃剂和抑烟剂。它们具有热稳定性好,毒性低或无毒,不产生腐蚀性气体,贮存过程中不挥发、不析出,阻燃效果持久等优点,且原料来源丰富,价格低廉。值得注意的是,由于它们在高聚物中的填充量较大,加上其
3、固有特性的影响,会降低高聚物的加工成型性、力学性能、电气性能等。 有机阻燃剂按其用途可分为有机磷系和卤系阻燃剂两类;按其作用方式可分为反应型与添加型两类。反应型阻燃剂在聚合或缩聚过程中参与反应,从而结合到高聚物的主链或侧链上,因此其作用稳定、耐久,对高聚物的性能影响小;而添加型阻燃剂则仅仅是分散于阻燃体系中,使用较为方便。 有机磷系阻燃剂多为液体,兼有增塑性和润滑性,又是高聚物的加工助剂,主要包括含卤磷酸酯、含卤亚磷酸酯、非卤磷酸酯与非卤亚磷酸酯等。磷酸酯一般作为阻燃剂兼增塑剂使用,
4、亚磷酸酯一般作为阻燃剂兼热稳定剂使用。高聚物中含有5%以上的磷就能产生显著的阻燃效果。其阻燃机理为:受热时分解生成具有极强脱水性的偏磷酸、偏聚磷酸,使高聚物表面形成碳化层,隔绝其表面与空气直接接触,使火焰熄灭,从而达到阻燃的目的。 氯系阻燃剂中最常用的是氯化石蜡、氯化聚乙烯等,前者价廉易得,且兼具增塑剂作用,在国内外用量很大。其他主要品种还有:四氯双酚A、四氯苯酐(TCPA)、六氯苯(HCB)、环氧氯丙烷、聚偏二氯乙烯(PVDC)、氯化聚氯乙烯等。 溴系阻燃剂则具有添加量少,对阻燃制
5、品性能影响小,良好的相容性、热稳定性和阻燃效果等特点,是有机阻燃剂中最重要的一类阻燃剂。国外已有100多个品种,其产量约占有机阻燃剂的15%~20%;我国发展也较快,已有20多个品种。 溴系与氯系阻燃剂的阻燃机理为:在高温下分解产生卤化氢(HX),其密度比空气大,沉积在燃烧物外层,稀释或隔绝了新鲜空气,使被燃物无氧窒息;HX极快地捕捉燃烧产生的自由基HO·(HX+OH·→H·+H2O),减缓了高聚物的燃烧速度,减少可燃性气体的生成,从而使火焰减小以至熄灭。另外,当卤系阻燃剂与Sb2O3配合
6、使用时,会产生协同效应,所生成的三卤化锑(SbX3)将升华为极细的微粒,它们呈烟雾状包围在高聚物的周围,阻碍新鲜空气的进入,使火焰迅速熄灭。溴系阻燃剂的发展方向是,提高溴含量和增大分子量。 值得注意的是,由于燃烧和阻燃过程都很复杂,在高聚物的阻燃体系方面,正朝着无机与有机阻燃剂拼用,多种阻燃剂协同作用的方向发展,所以实际阻燃体系中往往是几种阻燃机理同时起作用的。 2·阻燃剂的发展与应用 美国是最早使用阻燃剂的国家,也是生产和消费阻燃剂最多的国家。1960年美国阻燃剂的消费量仅为
7、2·6万t,1975年已增长到16万t,15年间增长了6倍,1985年和1990年阻燃剂的消费量分别为23·2万t和27·6万t。美国生产阻燃剂的公司有50多家,品种100多个,主要生产公司有Mansanto、SolemInd·Corp·、H·KahnstamnCorp·、GreatLakesChem·Co·等。二次世界大战以后,日本通过从美国引进阻燃剂的合成和应用技术,阻燃技术发展很快,1986年日本阻燃剂的消费量约13万t,现有生产厂家20多个,主要生产公司有味之素公司、帝人化成、松永化学工
8、业公司、三国炼制公司等,生产100多个品种。西欧也是阻燃剂的主要产地,70年代开始增长速度较快,1986年阻燃剂消费量为10万t。 1990年全世界阻燃剂用量约50万t,其中85%为添加型阻燃剂,15%为反应型阻燃剂;而氢氧化铝占总用量的50%左右。在美国各类阻燃剂中,氢氧化铝近年来的年增长率高于30%。我国山东铝厂生产的氢氧化铝色白质优,在国内外市场所占份额较大。 相比而言,氢氧化镁的开发较晚,它除了具备氢氧化铝的上述优点外,还具有分解温度高这一特点(其起始分解温度达320℃)。在
