阻燃剂如何发挥作用?

聚合物的燃烧是一种非常剧烈且复杂的热氧化反应,其特征是产生烟雾或熊熊火焰。阻燃剂是一类能够防止塑料燃烧或抑制火焰蔓延的添加剂。阻燃剂的阻燃作用在于阻止或抑制聚合物材料燃烧过程中发生的物理或化学变化速率。具体而言,阻燃作用主要体现在以下几个方面。

 

阻燃剂在聚合物燃烧过程中的阻燃作用:

 

阻燃剂阻燃剂-吸热效应

吸热效应的作用是使聚合物材料难以发生温升。

例如硼砂有10个分子的结晶水,由于释放结晶水能捕获141.8kJ/mol的热量,所以吸热作用使材料的温度上升受到抑制,产生阻燃效果。

 

阻燃剂阻燃剂-覆盖作用

其作用是在较高温度下生成稳定的覆盖层或分解产生泡沫状物质,覆盖在聚合物材料表面。这使得燃烧产生的热量难以进入材料内部,也使聚合物材料热分解产生的可燃气体难以逸出。它对材料起到了空气阻隔作用,从而抑制材料开裂,达到阻燃效果。

 

阻燃剂阻燃剂-稀释作用

这些物质受热分解时能产生大量的不燃气体,使高分子材料产生的可燃气体与空气中的氧气发生稀释,达不到可燃浓度范围。

 

阻燃剂阻燃剂-转移效应

其作用是改变聚合物材料的热分解方式,从而抑制可燃气体的产生。

 

阻燃剂阻燃剂-抑制作用

捕获燃烧反应的活性中间体,例如 HO- 和 H-,可抑制自由基链式反应并降低燃烧速率直至火焰熄灭。

 

阻燃剂阻燃剂-增强作用

有些材料单独使用不具有阻燃效果或阻燃效果不大,但可以多种材料并用,增强阻燃效果,如三氧化二锑与卤素化合物并用等。

 

聚合物燃烧过程中的阻燃机理:

 

阻燃机理-气相阻燃机理

气相阻燃体系是指通过中断或延缓气相中的链式燃烧反应来达到阻燃效果。气相阻燃主要包括:

 

  1. 阻燃材料在加热或燃烧时会产生自由基抑制剂,从而中断燃烧链式反应。

 

  1. 阻燃材料在加热或燃烧时产生的细小颗粒,促进自由基的结合,终止链式燃烧反应。

 

  1. 阻燃材料受热或燃烧时,释放出大量惰性气体或高密度蒸汽。

 

阻燃机理——凝聚相阻燃机理

凝聚相阻燃是指通过延缓或中断阻燃材料在凝聚相中的热分解而产生的阻燃效果。凝聚相阻燃主要包括:

 

  1. 阻燃剂可延缓或阻止聚结过程中产生的可燃气体和自由基的热分解

 

  1. 阻燃材料中无机填料具有较大的比热容,通过储热、导热作用使材料不易达到热分解温度。

 

  1. 阻燃剂的热分解吸收热量,使阻燃材料的温度上升减缓或暂停。

 

  1. 阻燃材料燃烧时,在其表面生成一层多孔碳层,该层难以燃烧,隔绝热量和氧气,并阻止可燃气体进入气相。

 

阻燃机理——阻断热交换阻燃机理

间断热交换阻燃机理是指阻燃材料燃烧时产生的热量部分被带走,使材料不能维持热分解温度,从而不能维持可燃气体的产生,燃烧自熄。

 

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