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聚烯烴用無機阻燃劑
| 來源：邵君( 先生，國內(nèi)國際部經(jīng)理 ) 發(fā)布時間：2017-11-15 11:43:26 |
聚烯烴用無機阻燃劑包括氫氧化鋁、氫氧化鎂、包覆紅磷、膨脹石墨等阻燃劑。氫氧化鋁和氫氧化鎂是無機阻然劑的主要品種，它具有無毒性和低煙等特點。它們由于受熱分解吸收大量燃燒區(qū)的熱量，使燃燒區(qū)的溫度降低到燃燒臨界溫度以下燃燒自熄:分解后生成的金屬氧化物多數(shù)熔點高、熱穩(wěn)定性好、覆蓋于燃燒固相表面阻擋熱傳導和熱輻射，從而起到阻燃作用。同時分解產(chǎn)生大量的水蒸氣，可稀釋可燃氣體，也起到阻燃作用。
聚烯烴用無機阻燃劑中的水合氧化鋁有熱穩(wěn)定性好，在300℃下加熱2h可轉(zhuǎn)變?yōu)锳lO(OH)，與火焰接觸后不會產(chǎn)生有害的氣體，并能中和聚合物熱解時釋放出的酸性氣體，發(fā)煙量少，價格便宜等優(yōu)點，因而它成為聚烯烴用無機阻燃劑中的重要品種。水合氧化鋁受熱釋放出化學上結(jié)合的水，吸收燃燒熱量，降低燃燒溫度。在發(fā)揮阻燃作用時，主要是兩個結(jié)晶水起作用，另外，失水產(chǎn)物為活性氧化鋁，能促進一些聚合物在燃燒時稠環(huán)炭化，因此具有凝聚相阻燃作用。從該機理可知使用水合氧化鋁作阻燃劑，添加量應較大。
鎂元素阻燃劑主要品種為氫氧化鎂，是近幾年來國內(nèi)外正在開發(fā)的一種阻燃劑，它在340℃左右開始進行吸熱分解反應生成氧化鎂，在423℃下失重達最大值，490℃下分解反應終止。從量熱法得知，其反應吸收大量熱能(44.8KJ/mol) ，生成的水也吸收大量熱能，降低溫度，達到阻燃。氫氧化鎂的熱穩(wěn)定性和抑煙能力都比水合氧化鋁好，但由于氫氧化鎂的表面極性大，與有機物相容性差，所以需要經(jīng)過表面處理后才能作為有效的阻燃劑。另外，它的熱分解溫度偏高，適宜熱固性材料等分解溫度較高的聚合物的阻燃。
在高溫下，可膨脹石墨中的嵌入層受熱易分解，產(chǎn)生的氣體使石墨的層間距迅速擴大到原來的幾十倍至幾百倍。當可膨脹石墨與高聚物混合時，在火焰的作用下，可在高聚物表面生成堅韌的炭層，從而起到阻燃作用。
硼酸鹽阻燃劑有硼砂、硼酸和硼酸鋅。目前主要使用的是硼酸鋅。硼酸鋅在300℃開始釋放出結(jié)晶水，在鹵素化合物的作用下，生成鹵化硼、鹵化鋅，抑制和捕獲游離的羥基，阻止燃燒連鎖反應;同時形成固相覆蓋層，隔絕周圍的氧氣，阻止火焰繼續(xù)燃燒并具有抑煙作用。硼酸鋅可以單獨使用，也可與其它阻燃劑復配使用。
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目前，主要產(chǎn)品有細粒硼酸鋅、耐熱硼酸鋅、無水硼酸鋅和高水硼酸鋅。草酸鋁 是氫氧化鋁衍生的結(jié)晶狀物，堿含量低。含有草酸鋁的高聚物燃燒時，放出H20, CO及CO2，而不生成腐蝕性氣體，草酸鋁還能降低煙密度和生煙速度。由于草酸鋁的堿含量低，所以用其阻燃的電線、電纜的包覆料時，不影響材料的電氣性能。
現(xiàn)在已開發(fā)的5種以硫化鋅為基的阻燃劑，其中4種用于硬質(zhì)PVC，另一種可用于軟質(zhì)PVC,聚烯徑和尼龍。這類阻燃劑可提高材料的抗老化性能，且與玻纖有好的相容性和提高聚烯烴的熱穩(wěn)定性。
含磷阻燃劑也是一種自由基捕獲劑，利用質(zhì)譜技術(shù)發(fā)現(xiàn)，任何含磷化合物在聚合物燃燒時都有PO?形成。它可以與火焰區(qū)域中的氫原子結(jié)合，起到抑制火焰的作用。另外，磷 系阻燃劑在阻燃過程中產(chǎn)生的水分，一方面可以降低凝聚相的溫度，另一方面可以稀釋氣相中可燃物的濃度，從而更好地起到阻燃作用。
磷及磷化合物很早就被用作阻燃劑使用，對它的阻燃機理研究得也較早，起初發(fā)現(xiàn)使用含磷阻燃劑的材料燃燒時會生成很多焦炭，并減少了可燃性揮發(fā)性物質(zhì)的生產(chǎn)量，燃燒時阻燃材料的熱失重大大降低，但阻燃材料燃燒時的煙密度比未阻燃時增加。根據(jù)上面的事實提出了一些阻燃機理。從磷化合物在不同反應區(qū)內(nèi)所起阻燃作用可分為凝聚相中阻燃機理和蒸汽相中阻燃機理，有機磷系阻燃劑在凝聚相中發(fā)揮阻燃作用，其阻燃機理如下：
在燃燒時，磷化合物分解生成磷酸的非燃性液態(tài)膜，其沸點可達300℃。同時，磷酸又進一步脫水生成偏磷酸，偏磷酸進一步聚合生成聚偏磷酸。在這個過程中，不僅由磷酸生成的覆蓋層起到覆蓋效應，而且由于生成的聚偏磷酸是強酸，是很強的脫水劑，使聚合物脫水而炭化，改變了聚合物燃燒過程的模式并在其表面形成碳膜以隔絕空氣，從而發(fā)揮更強的阻燃效果。
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