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硼系阻燃劑
| 來(lái)源：邵君( 先生，國(guó)內(nèi)國(guó)際部經(jīng)理 ) 發(fā)布時(shí)間：2016-10-21 11:17:17 |
阻燃劑種類繁多，其化學(xué)結(jié)構(gòu)及使用方法也各有不同。最常使用的阻燃劑的阻燃元素主要是以元素周期表中第Ⅲ主族的硼和鋁；第Ⅴ主族的氮、磷、銻等；第Ⅵ主族中的硫；第Ⅶ主族的氟、氯、溴等為基礎(chǔ)的化合物。
此外，鋅、鋇、鎂、鈦、錫、鐵、鋯、鉬等金屬化合物也可作為阻燃劑。但在實(shí)際應(yīng)用中，阻燃劑主要是以鹵素和磷為中心阻燃元素的化合物。含鹵阻燃劑盡管阻燃效果較好，但由于在使用和燃燒過(guò)程中的二次污染問(wèn)題，而逐漸被無(wú)鹵阻燃劑所替代。近年來(lái)隨著新的環(huán)保要求和法規(guī)的不斷提出，硼系阻燃劑以其優(yōu)良的阻燃、低毒和抑煙特性正越來(lái)越多地引起人們的注意。
遠(yuǎn)在1735年，英國(guó)的Obavcasghac就獲得了專利，他用硼砂、明礬、硫酸鐵等的水溶液作為紡織品阻燃整理劑，這種阻燃方法能大幅度降低織物的著火性能和燃燒性。由此可見(jiàn)，無(wú)機(jī)硼酸及硼酸鹽是兩種最古老的阻燃劑，它們主要應(yīng)用于纖維素纖維，如棉和紙張的阻燃。由于水洗牢度的問(wèn)題，它們?cè)诳椢锷系膽?yīng)用受到一定的限制，但據(jù)報(bào)道，若將無(wú)機(jī)硼阻燃劑與樹(shù)脂混合組成阻燃整理體系，將提高其耐久性。
硼系阻燃劑中目前使用的無(wú)機(jī)硼阻燃硼酸鋅產(chǎn)品，商品名為Fire Brake ZB，因此簡(jiǎn)稱FB阻燃劑，硼酸鋅能夠明顯提高制品的耐火性。目前材料耐燃性已成為人們?cè)谧枞碱I(lǐng)域關(guān)注的又一熱點(diǎn)話題，國(guó)外許多國(guó)家制定系列耐燃規(guī)范，近年來(lái)我國(guó)也引起了重視。
近年來(lái)新型阻燃劑不斷涌現(xiàn)，同時(shí)對(duì)阻燃劑自身與使用過(guò)程中的環(huán)保問(wèn)題也提出更為嚴(yán)格的要求。阻燃劑的無(wú)鹵化、無(wú)毒化、復(fù)合化和抑煙化已成為2l世紀(jì)阻燃劑的發(fā)展趨勢(shì)。硼化合物是一種常用的無(wú)機(jī)阻燃劑，主要包括有五硼酸銨、偏硼酸鈉、氟硼酸銨、偏硼酸鋇和硼酸鋅等。
在硼系阻燃劑中，最重要的是水合硼酸鋅。按其結(jié)晶水分有下列品種：ZnO·B2O3·2H2O、3ZnO·2B2O3·5H2O、2ZnO·3B2O3·3.5H2O、2ZnO·3B2O3·7H2O、4ZnO·B2O3·H2O等。
磷酸三苯酯阻燃劑tpp具有良好的透明性、柔軟性以及抗菌性，具有耐水、耐油、電絕緣性好和相容性好的優(yōu)點(diǎn)。主要用于纖維素樹(shù)脂、乙烯基樹(shù)脂、天然橡膠和合成橡膠的阻燃增塑劑，也可用于三乙酸甘油酯薄酯和軟片、硬質(zhì)聚氨酯泡沫、酚醛樹(shù)脂、以及PPO等工程塑料的阻燃增塑。
水合硼酸鋅中最常用的品種是2ZnO·3B2O3·3.5H2O。其理化性質(zhì)如下：白色結(jié)晶形粉末，熔點(diǎn)980℃，密度2.8，折射率1.58，不溶于水和一般的有機(jī)溶劑，可溶于氨水生成絡(luò)合鹽，熱穩(wěn)定性好，在300℃以上開(kāi)始失去結(jié)晶水，粒度細(xì)，平均粒度為2-10μm，毒性LD50>10g/kg（白鼠口服），沒(méi)有吸入性和接觸性毒性，對(duì)皮膚不產(chǎn)生刺激，也沒(méi)有腐蝕性，對(duì)眼睛也沒(méi)有刺激性，為無(wú)毒、無(wú)污染的無(wú)機(jī)阻燃劑。
作為新型阻燃添加劑，硼酸鋅具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)阻燃增效，在大多數(shù)含鹵環(huán)氧樹(shù)脂和一些不飽和聚酯體系中，硼酸鋅與氧化銻、氫氧化鋁等具有協(xié)同效應(yīng)，在不降低材料的阻燃等級(jí)條件下，能有效地降低材料成本、生煙量。
(2)促進(jìn)碳層生成，硼酸鋅有助于在材料燃燒時(shí)生成多孔碳層，且此碳層能為三氧化二硼所穩(wěn)定，在高聚物燃燒溫度下硼酸鋅還可與氫氧化鋁生成類似玻璃、陶瓷的硬質(zhì)多孔殘?jiān)?，有利于隔熱和阻止空氣擴(kuò)散進(jìn)入材料內(nèi)部。
(3)防止生成熔滴，在阻燃樹(shù)脂的同時(shí)，并可減少高溫熔滴，因而減少由于熔滴而引發(fā)的二次火災(zāi)。
其主要作用機(jī)理為：生產(chǎn)粘稠玻璃狀物質(zhì)---物理覆蓋作用；凝聚相促進(jìn)成炭作用；分解脫水，吸熱；氣相阻燃（三鹵化硼）。硼阻燃劑主要在凝相中發(fā)揮阻燃作用，在氣相中僅對(duì)某些化學(xué)反應(yīng)和鹵化物才表現(xiàn)出阻燃作用。
主要包括以下幾個(gè)方面：⑴硼酸鹽熔化、封閉燃燒物表面，形成玻璃體覆蓋層，起隔絕作用； ⑵在燃燒溫度下放出結(jié)合水，起冷卻、吸熱作用； ⑶改變某些可燃物的熱分解途徑，抑制可燃性氣體生成。
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