高分子材料的阻燃方法

时间：2022-10-05 23:25:12 化学毕业论文我要投稿

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高分子材料的阻燃方法

　　高分子材料的阻燃方法【1】

　　摘要：进入21世纪以来，我国在经济建设上面的发展都已经比较稳定了，而高分子材料作为一种功能材料在我国受到了各行各业的广泛应用，尤其是在建筑行业上面，而高分子材料一旦受热，就会分解出具有可燃性的物质，当这种可燃性的物质的浓度达到一定程度时，遇到适当的温度就会燃烧，给企业造成巨大的损失。

　　因此，它的阻燃性能也是我国企业所关心的主要问题之一。

　　关键词：高分子材料;阻燃方法;研究与分析

　　前言

　　高分子材料的燃烧要满足两个条件，一个是适宜的温度，一个是分解出的可燃物的浓度，由此可见，要想阻止高分子材料燃烧就要从这两个方面着手，只要能有效的提高高分子材料的阻燃性，就能够拉动企业的经济建设的稳定发展。

　　文章将针对高分子材料的阻燃方法进行详细的分析。

　　1 高分子材料的阻燃方法

　　1.1 通过在高分子材料中加入阻燃剂实现阻燃

　　通过在高分子材料中嫁娶阻燃剂实现阻燃的方法是目前我国应用最为广泛的阻燃方式，利用阻燃剂与高分子材料分解出来的可燃物之间的结合，来实现提高高分子材料阻燃性能的目的，这种方法最大的优点就是它的成本比较低，而且在对不同的高分子材料的阻燃剂调整上面也比较的灵活，是一种经济适用的高分子材料阻燃方法，与此同时，这种方式也存在一定的弊端，技术添加的阻燃剂中的元素可能会与高分子材料之间发生化学反应，从而影响高分子材料的性能[1]。

　　因此，在阻燃剂的选择上面一定要非常的慎重，要在不影响高分子材料或者是影响较小的前提下，加入合适的阻燃剂来阻止高分子材料的燃烧。

　　1.2 通过与高分子材料进行化学反应进行阻燃

　　化学反应一直是一个非常复杂的过程，可能你改变了其中的一个分子机构就会产生不一样的效果。

　　高分子材料的化学反应阻燃就是使用了这种方法，将某种元素通过化学反应接入或者替换高分子材料的化学链中，在不影响高分子材料的性能的前提下，改变高分子材料的性能，将高分子材料从可燃性极强转变到具有阻燃性能的高分子材料。

　　能够实现高分子材料阻燃性的元素有很多，像是硼、硅、金属原子等都可以做到。

　　1.3 通过改变高分子材料表面的阻燃性能来实现阻燃

　　通过化学反应来实现高分子材料的阻燃主要是通过将某种元素接入或者替换高分子材料的化学链上，可能会影响高分子材料的性能，但是改变高分子表面材料的阻燃性能就不一样了，同样也是采用专业的技术将元素接入或者替换，但是这种方式没有将元素接入到高分子材料的主链上，而是只对高分子材料的表面进行改进，这样就不会影响到高分子材料的性能的同时，还实现了对于高分子材料的阻燃，避免了阻燃剂以及化学反应给高分子材料性能上带来的影响[2]。

　　但是这种方法也存在一定的弊端，就是在它的操作过程非常的复杂，在时间上耗费也比较久，而且在资金成本上面也非常的昂贵，因此在实际生产中并不适用。

　　由此可见，我国的专家学者还需要对于高分子材料的阻燃性能不断的研究。

　　1.4 将高分子材料与阻燃性能好的高分子材料合成在一起

　　为了加强高分子材料的阻燃性，我们可以将高分子材料与阻燃性能好的高分子材料合成在一起，这种方式不仅有效的阻止了高分子材料的燃烧，在持续的时间上也是非常的长久的，在实际的应用中可以说是效果最好的高分子材料的阻燃方法[3]。

　　另外，这种将高分子材料与阻燃性能好的高分子材料合成在一起的方式在保护高分子材料的性能上也有也有很大的帮助，避免了阻燃剂等给高分子材料带来的负面影响。

　　1.5 采用纳米科技的方式来实现高分子材料的阻燃

　　随着时代的不断变化，我国的科学技术也在不断的提高，近几年来，我国在纳米科技方面也有着广泛的应用，高分子材料的阻燃就是其中一项，采用纳米技术实现高分子材料的阻燃可以说是为我国的科学事业开辟了一条全新的道路。

　　通过纳米技术进入到高分子材料的内部，对其内部结构进行一系列的改造工作，将普通的高分子材料改造成阻燃性能比较强的高分子材料，极大的降低了危险的发生[4]。

　　使用纳米技术来改变高分子材料的阻燃性能的方法虽然很好，但是在资金成本上的耗费也是非常的巨大的，因此，截止到目前为止，纳米技术的方法还是在研究阶段，实际的生产中的应用是非常少的。

　　1.6 对高分子材料采取两种或两种以上的阻燃方式

　　对高分子材料采取两种或者使两种以上的阻燃方式，来进行高分子材料的阻燃主要是为了要满足各方面的要求，既能够不改变高分子材料的性能或者是将高分子材料的性能改变降到最低，又能保证高分子材料的阻燃性能，可以说是一个一举两得的方法，在我国很多企业的建设中都有实际的应用，这种方法为高分子材料的阻燃提供了一个多重的保障。

　　2 结束语

　　综上分析可知，高分子材料的应用已经渗透到了我国的各行各业，甚至在人民群众的日常生活中也有高分子材料的广泛应用，为了保证企业经济建设的稳定发展，以及人民生活不受到影响，就要积极的对高分子材料的阻燃性能进行分析，找到最有效解决高分子材料燃烧的问题。

　　参考文献

　　[1]井蒙蒙，刘继纯，刘翠云，等.高分子材料的阻燃方法[J].中国塑料，2012，2：13-19.

　　[2]徐怿，曹 .高分子材料的阻燃技术探讨[J].消防技术与产品信息，2011，1：48-50.

　　[3]程买增，曾幸荣，李伟明，等.阻燃性有机硅高分子材料的研究进展[J].有机硅材料，2003，6：21-25+46.

　　[4]秦旺平，程庆，汪炉林，等.高分子材料的阻燃抗静电改性研究进展[J].工程塑料应用，2014，4：123-130.

　　高分子材料阻燃技术的应用【2】

　　【摘要】原有阻燃技术在处理工艺方面存有一定的缺陷，出现排烟量大、滴落面积大、毒害气体，严重威胁着人们的身体健康。

　　而现有技术通过高分子加聚反应产生的化合物，不但能够降低反应温度，而且还不会产生有害产物。

　　为了降低物质易燃特性，笔者针对高分子材料阻燃技术进行了分析。

　　其中包括：无机阻燃剂、卤系阻燃剂以及磷系阻燃剂，这几种阻燃剂不但能够隔断物质与空气的接触面积，而且还能降低物质燃烧时的温度，以此达到较为理想的阻燃效果。

　　【关键词】高分子材料阻燃技术无机阻燃剂卤系阻燃剂

　　1 高分子材料的阻燃机理

　　高分子材料的阻燃机理是破坏原有高分子成分，形成新的保护膜或隔离层，达到抑制分子燃烧的效果。

　　一般阻燃性质从两个原理中进行分析，分别为隔氧及温度，隔氧采用凝聚相阻燃机理，高分子阻燃材料在燃烧过程中，形成阻燃细微分子，中断该链式反应。

　　链式反应中断后，分子热分解的温度较高，所以燃烧后期会形成水蒸气，阻燃材料高分子中含有大量的氢氧元素，与空气接触后，便会形成水雾覆盖在材料表层。

　　其次便是能隔断与空气的接触，形成的水雾除了降低表层温度外，还能堵塞阻燃材料的气孔，形成密闭环境，隔断与空气的接触。

　　凝聚相在作用机理中有4种阻燃模式，阻燃材料在燃烧过程中，会产生惰性气体，延缓阻燃材料的燃烧;燃烧期间会产生多碳气孔，使其阻燃材料难以燃烧;反应过程中会吸收大量的热量，降低反应温度;其次无机比热容较大的分子，在燃烧过程中，通过分子之间的氧化还原反应，使分子发生质变，促使反应中断停止。

　　该两种反应在作用机理中大致相同，但在反应中作用的机理很多，所以在划分高分子阻燃体系结构上仍十分复杂。

　　2 高分子材料阻燃剂的类别

　　2.1 无机阻燃剂

　　无机阻燃剂作用机理便是通过无机化合物的热分解，产生保护膜或水蒸气，隔断与空气接触及降低燃烧温度。

　　无机阻燃剂在燃烧过程中会产生结晶水，温度升高后，吸收周围热量，降低其燃烧温度，阻断其物质的燃烧;另一种便是通过阻燃剂燃烧形成保护膜，例如：Al(OH)3燃烧过程中，产生致密的氧化层薄膜，隔断物质与空气的接触面积。

　　无机阻燃剂化学性质稳定，不会产生较为污染有害气体，一般常用作防火无机阻燃剂。

　　2.2 卤系阻燃剂

　　在元素周期表中，卤系元素包括：氟、氯、溴、碘，该元素形成的化合物具有高效的阻燃效果。

　　化合物中含有氟利昂，该化合物易散发，破坏臭氧层。

　　在该物质中分别添加氯元素及氟元素，然后对标准沸点进行比对。

　　其中添加氯元素标准沸点升高，化合物中含有3个氯分子时，标准沸点为61.2℃;其中添加氟元素标准沸点降低，化合物中含有3个氟分子时，标准沸点为-128℃，具体数据量如表1所示。

　　含氯化合物阻燃剂具有良好的阻燃性，化学性质稳定，能与多种高分子化合物相融，不影响化学反应。

　　溴元素阻燃化合物包括：十溴联苯醚、四溴苯酚、六溴环十二烷等，化学稳定性位于氯和碘元素之间，具有良好的阻燃性。

　　卤系元素虽然具有良好的阻燃性，一般阻燃剂内都添加少量的卤系元素，保证达到阻燃效果。

　　表1 氟、氯化合物标准沸点比对表

　　2.3 磷系阻燃剂

　　磷系阻燃剂包括：红磷、白磷、磷酸氢二铵以及亚磷酸酯等化合物，磷系化合物在燃烧过程中会形成性碳膜，该膜除了降低外围温度外，还能起到隔断空气的作用，达到理想的阻燃效果。

　　其次红磷与白磷的混合，也能起到良好的阻燃性。

　　红磷在空气中燃烧发出淡蓝色的火焰，并产生大量白烟;白磷燃烧性质与红磷相似，最终产物都是五氧化二磷，两种磷在制备次磷酸阻燃剂中，能够提升与液体水的混合比例。

　　次磷酸(H3PO2)，分子量60，与强氧化剂反应时，产生磷酸氢及氢气等，不会产生助燃气体成分。

　　针对磷系阻燃剂的配比关系，其中次磷酸中磷含量占有比例在35%，亚磷酸中磷含量占有比例在27%，保证磷系元素达到理想的阻燃效果。

　　3 高分子材料阻燃技术的发展

　　3.1 纳米技术

　　随着科学技术的不断发展，纳米技术也逐步应用于高分子材料阻燃技术中，日本曾研发出纳米硅酸盐黏土纳米材料，这种材料具有优异的阻燃特性。

　　纳米材料在燃烧过程中，产生抑制剂，改变燃烧物质的内部结构，使其发生质变。

　　研制出的纳米硅酸盐黏土分子直径在0.4-0.5nm，产生的凝聚产物能够封闭其气孔，隔断与空气的接触面积。

　　其次在热释放速率上也具有延缓效应，保证有效时间内散发的热值最小。

　　3.2 接枝和交联改性技术

　　接枝和交联改性技术利用的是光敏技术与化学接枝，将多种无机化合物交织在一起，使其形成共聚化合物。

　　共聚化合物在燃烧过程中会产生无机绝缘层，吸收易燃物质内的高分子，减少助燃物质内的有效成分。

　　其次该技术也可用于减少燃烧物质后的产物，提高其阻燃性，最终达到理想状态。

　　3.3 膨胀技术

　　膨胀技术般采用发泡剂作为阻燃物质，发泡剂具有三个优点，包括：无排烟量、无毒气、无滴落。

　　原有技术在做阻燃处理工艺中，产生大量的有毒气体，例如四溴苯酚在阻燃处理工艺中，产生大量的有毒气体，不但会污染环境，而且还对人体健康造成伤害。

　　无滴落主要体现在该阻燃剂不会产生腐蚀性液体，导致局部腐蚀。

　　4结语

　　通过对高分子材料阻燃技术的应用分析，使得笔者对此该技术有了更为深刻的认知。

　　这种技术不但能够对物质燃烧起到阻燃特性，而且也不会污染环境。

　　参考文献：

　　[1]王建祺.无卤阻燃聚合物基础与应用[M].北京：科学出版社，2005，34(17)：33-34.

　　[2]张军.聚合物燃烧与阻燃技术[M].北京：化工工业出版社，2008，38(24)：58-59.

　　[3]欧育湘.阻燃高分子材料[M].北京：国防工业出版社，2010，48(37)：22-23.

　　阻燃性有机硅高分子材料的研究进展【3】

　　【摘要】随着高分子材料的发展，阻燃剂以及阻燃材料的研制和应用也快速发展。

　　因为材料性能以及环保方面的要求日益严格，所以传统上很多阻燃剂已经无法满足应用要求，这就要求开发环保、低毒的阻燃剂。

　　有机硅高分子材料阻燃剂有着优异的性能以及环保性，因此应用潜力巨大。

　　本文首先简要介绍阻燃剂尤其是有机阻燃剂，然后介绍有机硅阻燃剂的合成以及国内外的研究进展。

　　【关键词】有机硅;高分子材料;阻燃性;研究

　　有机硅高分子材料以7.8键为主链，同时侧基为乙烯基、甲基以及苯基等有机基团，因为其特殊的结构而决定其出众的介电性、热稳定性以及生理惰性，在汽车制造、宇航以及医疗用品领域有着广泛的应用。

　　这些领域的应有都要求有机硅高分子材料具备优异的阻燃性，所以研究具备阻燃性有机硅高分子材料有着重要的意义。

　　1有机阻燃剂概述

　　阻燃剂主要是用来提高材料的抗燃性，从而避免材料被引燃并且要抑制火焰的传播。

　　阻燃剂成为高分子材料发展的重要动力之一，使用量仅次于增塑剂。

　　阻燃剂根据不同类型的化合物分成有机阻燃剂、无机阻燃剂以及有机-无机混合阻燃剂这几种类型。

　　其中无机阻燃剂应用最为广泛，需求量占到阻燃剂总量的50%以上。

　　理想阻燃剂需要有着阻燃效果好以及添加量少的优点，同时要无烟无毒从而避免环境污染，并且对其他材料的性能影响小，有着良好的加工性能好，热稳定性高并且价格便宜等特带你。

　　阻燃剂的这些要求，决定着阻燃剂以及阻燃技术的发展放心。

　　有机阻燃剂有着添加量少以及基材相容性好的优点，同时对阻燃制品性能的影响也更小，不过现有的有机阻燃剂在燃烧时发烟量大同时挥发性大，热稳定性以及水解稳定性都比较差。

　　目前研究的有机阻燃剂有氮系阻燃剂、卤系阻燃剂、有机磷阻燃剂以及硅系阻燃剂等。

　　2有机硅阻燃剂的合成

　　有机硅高分子材料近年来开发出来的新型高效环保的无卤阻燃剂，作为成炭型的抑烟剂，能够赋予高聚物在阻燃以及抑烟的过程中，还可以改善材料的机械强度以及加工性能。

　　作用机理主要是硅氧烷燃烧过程中能够生成硅，进而碳阻隔层能够隔绝树脂与氧气的接触，避免熔体滴落，因此实现阻燃效果。

　　有机硅阻燃剂有着热稳定性良好的特点，这是由分子主链的-Si-O-键所决定。

　　有机硅闪点绝大多数都高于300℃，所有具有难燃性。

　　较为常见的有硅油、硅树脂、硅橡胶以及聚硅氧烷等。

　　目前市场应用的有机硅阻燃剂打斗是美国通用电器提供的SFR-100，是一种黏稠透明的硅酮聚合物，能够与各种协同剂例如多磷酸胺等并用，已经使用在聚烯烃阻燃，低用量可以满足阻燃要求，高用量能够赋予基材有意的抑烟性以及阻燃性。

　　研究人员通过研究有机硅高分子材料的阻燃性，发现在PU弹性体当中加入粉末状环氧以及硅氧烷，只需要加入5%，就能够使HRR降低到80%，液态的硅氧烷则能够降低HRR到50%。

　　通过分析阻燃PP，还能够发现有机硅的复合物对PP有着明显的阻燃以及减少熔滴效果。

　　3有机硅阻燃剂的国内外研究进展

　　1)国外研究进展。

　　1981年坎贝尔等人发表关于聚碳酸酯与聚二甲基硅氧烷(PDMS)的共混，能够提高PC阻燃性的报告。

　　不过PSMS自身阻燃效果不够理想，为了改善阻燃性能，需要在其结构当中加入反应性官能团，例如端羟基、氨基以及环氧基等，如下图所示。

　　1983年，GE公司采用1-40wt%的硅胶或者线性硅油，1-20wt%的有机化合物例如硬脂酸镁和1-20wt%的有机硅树脂制备热塑性塑料使用的有机硅阻燃剂，能够广泛应用于热塑性塑料。

　　1985年，GE公司继续开发用于尼龙树脂的有机硅阻燃剂，通过添加10-50wt%，能够达到理想的阻燃效果。

　　1990年，GE公司通过二羟基苯酚与羟基芳香酯硅氧烷进行光气化反应制备出有机硅-聚碳酸酯共聚物，用来做阻燃绝缘层，同时与2003年研制聚碳酸酯硅氧烷阻燃材料，在加工流动性以及阻燃性方面性能良好。

　　日本的三菱瓦斯化学公司在羟苯基烷基封端的聚二甲基硅氧烷合成有机硅阻燃剂领域进行了大量研究工作，并合成含有聚硅氧烷链段的一系列阻燃剂，有着良好的耐热性、阻燃性、透明性以及低温冲击强度。

　　日本NEC公司研发商品化的硅酮系阻燃剂“XC-99-B56-54，是一种带有芳香基同时含有支链结构的聚硅氧烷，突出特点是对分子结构当中的苯基含量以及功能端基反应性科学设计，从而达到最理想的水平。

　　比聚甲基硅氧烷有着更好的分散性，对PC/ABS、PC合金具较高的阻燃性。

　　2)国内研究进展。

　　我国科研机构也在有机硅高分子材料的阻燃性方面进行了大量工作。

　　欧育湘等人对有机硅阻燃剂SFR-100性能和PE应用的效果展开了详细的研究，SFR-100是非卤成炭型的阻燃剂，一方面赋予聚烯烃良好的阻燃抑烟性，另一方面也改善材料加工性能，同时提高材料机械强度。

　　华东理工大学的刘述梅以及王瑜润等合成苯基含量高的硅树脂阻燃剂，实验表明如果硅树脂中的苯基含量在80%～90%之间时，阻燃效果最优并且对机械性能的影响也最低。

　　哈工大的黄玉东以及孙举涛等人用苯基氯硅烷以及甲基为单体合成耐高温的有机硅树脂，不过在空气气氛之下，因为有机基团出现氧化分解而导致硅树脂阻燃性有一定程度的下降。

　　浙江大学的杨辉以及周文君等人通过水解缩合法制备有机硅树脂阻燃剂，在800℃以及N2气氛之下，热失重控制在38%之下，热稳定性优异，通过往PC添加5%(质量分数)之后，氧指数从25%进一步提高到35%。

　　4结语

　　总而言之，有机硅高分子材料有着性能优异以及环保的优点，符合目前阻燃剂发展的趋势，一方面能够提高阻燃效果，同时还能够改善材料的加工性能以及机械性能。

　　有机硅高分子材料阻燃剂的各方面发展处于起步阶段，简化其合成工艺从而降低成本是有机硅阻燃剂继续发展的关键内容。

　　【参考文献】

　　[1]欧育湘，陈宇，王筱梅.阻燃高分子材料[M].北京：国防工业出版，2011.

　　[2]阻燃剂应用研究综述叨.化工中间体[J].2007.

　　[3]吕丹.聚合物的阻燃及阻燃剂的研究进展[J].广东化工，2009.

　　[4]李继彦，吴伯麟，刘志锋.无机阻燃剂及其应用的几个问题[J].塑料工业，2007.

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