薛楊(湖北工程學(xué)院，湖北 孝感 432000)

關(guān)于高分子材料阻燃技術(shù)的探析

薛楊(湖北工程學(xué)院，湖北 孝感 432000)

高分子材料具有很強(qiáng)的易燃可燃性，阻燃技術(shù)始終是高分子材料應(yīng)用過程聽關(guān)鍵環(huán)節(jié)。當(dāng)前阻燃技術(shù)主要是通過阻燃劑與阻燃技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)的。納米技術(shù)、微膠囊技術(shù)、化學(xué)反應(yīng)技術(shù)以及膨脹技術(shù)是主要的阻燃技術(shù)。

高分子材料；阻燃技術(shù)；阻燃劑；聚合物

高分子材料是由高分子化合物使用合理的助劑后形成的新材料，從分類上說，主要包括橡膠、纖維、涂料、塑料以及膠黏劑五種。高分子材料中包含的碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)，易燃性可燃性較強(qiáng)，使高分子材料也具有易燃性，并且在燃燒時(shí)會產(chǎn)生大量熱量，火焰也會很快傳播，且不易熄滅。在燃燒過程中還可能釋放濃煙或者大量有毒氣體，威脅性較大。因此，高分子材料阻燃技術(shù)的研究始終是其重要方向。高分子材料在空氣中經(jīng)過受熱后，會出現(xiàn)分解，在分解物中包含有一些揮發(fā)性較高的可燃物，這些可燃物濃度經(jīng)過積累后，就會使整個(gè)物質(zhì)溫度符合燃燒條件，從而發(fā)生燃燒現(xiàn)象。具體過程為：受熱軟件化-大分子鏈斷裂與解聚-再受熱分解出現(xiàn)汽、液、固體以及顆粒-分解出的可燃性氣體和空氣中氧氣混合后出現(xiàn)反應(yīng)進(jìn)一步釋放光與熱-釋放的熱量推高材料溫度與氧氣持續(xù)接觸就會持續(xù)燃燒。

1 高分子材料阻燃原理

高分子材料的阻燃主要是采取措施減緩或阻止其中會引起燃燒的一些要素來完成。主要采取兩種方式，一種是添加阻燃劑，一種是通過阻燃技術(shù)。當(dāng)前阻燃技術(shù)的發(fā)展趨勢是將兩者相結(jié)合，通過改變阻燃劑形態(tài)、包裹方式等技術(shù)使阻燃技術(shù)不斷向高效率、低污染方向發(fā)展。

2 高分子材料阻燃技術(shù)

2.1 納米技術(shù)

納米復(fù)合技術(shù)主要是通過在高分子材料中添加納米尺度結(jié)構(gòu)，對于高分子材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)能起到較好的破壞作用，并起到一些阻燃作用。當(dāng)前主要使用的納米阻燃技術(shù)是由納米阻燃添加劑，這種添加劑是添加了層狀硅酸監(jiān)、石墨、層狀雙羥基氫氧化物以及碳納米管等材料的納米復(fù)合材料，這種材料中只需要添加少量的層狀硅酸鹽等材料就能夠保持高熱穩(wěn)定性，安全性能以及阻燃效果都很高。將納米技術(shù)和無鹵材料相結(jié)合后制成的阻燃劑，相較于無鹵阻燃劑，能夠有效降低聚合物阻燃劑的使用量，效果更好。隨著納米技術(shù)和材料技術(shù)的新發(fā)展，當(dāng)前，將納米技術(shù)與PS以及OMMT（有機(jī)蒙脫土）材料進(jìn)行有機(jī)結(jié)合后，能夠提高PS（聚苯乙烯）阻燃效果。將PS和OMMT比例在2%，就能夠使這種納米復(fù)合材料保持極高的熱穩(wěn)定性，質(zhì)量損失10%時(shí)溫度可以降低7.8℃，質(zhì)量損失50%時(shí)溫度可以降低5.2℃，在500%的熱分解殘?zhí)柯薁顩r下，熱釋放速度在峰值上能夠降低21%，再加入OMMT后，還能夠持續(xù)減少熱釋放速率。因此，將PS、OMMT材料按照一定的比例與納米技術(shù)相結(jié)合制成納米復(fù)合阻燃劑時(shí)，能夠極大降低放熱速率，熱反饋?zhàn)饔靡驳玫浇档?，從而使火焰擴(kuò)散受到阻礙，火災(zāi)概率也大幅降低。PS/OMMT復(fù)合材料在熔體的黏度止升后，能夠進(jìn)一步減緩可燃物擴(kuò)散速度，使可燃物與燃燒區(qū)域之間的燃料供給路線被切斷，進(jìn)一步提高阻燃性能。CNT（碳納米管）復(fù)合材料也是一種阻燃效果極強(qiáng)的技術(shù)，加入0.5%的材料就能夠使放熱速率峰值降低60%，放熱速率呈極為緩慢的曲線狀態(tài)，燃燒時(shí)間提高到290s，從而大幅減緩燃燒速度。納米阻燃技術(shù)當(dāng)前廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)等行業(yè)。

2.2 微膠囊技術(shù)

阻燃劑微膠囊化是當(dāng)前使用的主要阻燃劑技術(shù)之一。在以微米計(jì)量的微小容器中，把無機(jī)阻燃劑或者有機(jī)阻燃劑包裹到進(jìn)去，實(shí)現(xiàn)阻燃劑微膠囊化。在容器材料的選擇上，一種是蛋白質(zhì)、纖維素以及動(dòng)物膠等天然高分子材料，一種是聚苯乙烯、聚酯以及聚乙乙烯等人工高分子材料。這種膠囊材料不會和阻燃劑產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，在物品出現(xiàn)高熱反應(yīng)時(shí)，囊壁就會因溶融出現(xiàn)破裂，阻燃劑被釋放。這種技術(shù)的重要環(huán)節(jié)在于對各種影響阻燃效果因素的控制，如微膠囊大小、囊壁厚度以及強(qiáng)度和阻燃劑釋放的速度等。微膠囊技術(shù)在阻燃劑形態(tài)和效能的改善以及環(huán)境保護(hù)等方面能夠產(chǎn)生更好的效果。

2.3 化學(xué)反應(yīng)技術(shù)

化學(xué)反應(yīng)阻燃技術(shù)主要是通過共聚、交聯(lián)與接枝等技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。這種技術(shù)通過相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)就能夠在高分子材料的分子主鏈或側(cè)鏈中引入阻燃元素或基體，用阻燃性能高分子材料替代易燃可燃性質(zhì)的高分子材料。輻射交聯(lián)作為當(dāng)前使用較多的一種技術(shù)，就是通過射線對高分子材料進(jìn)行輻射，材料內(nèi)部分子鏈就會出現(xiàn)交匯現(xiàn)象，進(jìn)而減少了燃燒熔融滴落問題，高分子材料能夠提高成炭概率，從而達(dá)到阻燃效果。普通聚苯乙烯經(jīng)過交聯(lián)后，就能夠大幅降低燃燒速度，并且不會再有熔融滴落問題，表面會結(jié)成濃度很高的炭層，將內(nèi)部塑料包裹。這種技術(shù)不需要引發(fā)劑或者催化劑，常溫下就能夠出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，不會引起污染問題。聚合物通過交聯(lián)，不僅在結(jié)構(gòu)和性能上出現(xiàn)了改變，應(yīng)用范圍也不斷拓寬，進(jìn)而推動(dòng)了新阻燃技術(shù)的出現(xiàn)。

2.4 膨脹技術(shù)

膨脹技術(shù)是由化學(xué)反應(yīng)技術(shù)發(fā)展而來。這種技術(shù)是通過炭化劑、發(fā)泡劑以及炭化促進(jìn)劑等成分使聚合物在受熱過程中，在表面產(chǎn)生一層炭層進(jìn)而隔絕高熱、氧氣和濃煙，防止熔融滴落問題出現(xiàn)。這種阻燃技術(shù)正不斷向少煙和低毒方向發(fā)展，不斷應(yīng)用于涂料業(yè)、船舶工業(yè)、裝飾材料以及電纜外片等各種領(lǐng)域，成為一種應(yīng)用廣泛的耐火涂層。

3 結(jié)語

當(dāng)前高分子材料阻燃技術(shù)不斷發(fā)展，將阻燃劑結(jié)合后，又形成了各種新的阻燃技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，可以結(jié)合材料的阻燃性、加工性能、力學(xué)性能和外觀等因素，在充分考慮到環(huán)保因素的基礎(chǔ)上，制備更科學(xué)、高效的阻燃材料。

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