阻燃材料1簡(jiǎn)介材料的耐燃性通常以其氧指數(shù)(OI)來劃分。氧指數(shù)在22%～27%的為難燃材料，高于27%為高難燃材料。二者統(tǒng)稱防火阻燃材料。防火阻燃材料是一種保護(hù)材料，它是能夠阻止燃燒而自己并不容易燃燒的材料，有固體的如說\o"水泥"水泥、\o"鋼材"鋼材、玻璃等材料；有液態(tài)的，也簡(jiǎn)稱為阻燃劑，在需防火墻體等各種材料表面上如果涂上阻燃劑，它能保證在起火的時(shí)候不被燒著，也不會(huì)使得燃燒范圍加劇、擴(kuò)大。2阻燃機(jī)理2．1凝聚相阻燃機(jī)理這是指在凝聚相中通過延緩或中斷固相材料的分解與可燃性氣體的產(chǎn)生而達(dá)到阻止燃燒的目的。下面幾種情況均屬于凝聚相阻燃。a)阻燃劑在固相延緩或阻止聚合物的熱分解，這種熱分解可產(chǎn)生可燃性氣體以及維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)進(jìn)行的自由基。b)在被阻燃固態(tài)物質(zhì)中加入大量的無機(jī)填料，此類填料熱容較大。在受熱時(shí)這類填料可以起到蓄熱和導(dǎo)熱的作用，因而使被阻燃物不易達(dá)到熱分解溫度。C)在高溫情況下阻燃劑先于被阻燃材料受熱分解，吸收大量的熱量，防止被阻燃物質(zhì)溫度升高。工業(yè)上大量使用的氫氧化鋁及氫氧化鎂均屬于此類阻燃材料。d)加有阻燃劑的聚合物在燃燒時(shí)其表面生成很厚的多孔炭層，該層可以起到隔熱、隔空氣的作用，同時(shí)可以阻止可燃性氣體進(jìn)入燃燒氣相中，中斷燃燒反應(yīng)的進(jìn)行。膨脹型阻燃劑是最為典型的此類阻燃材料。2．2氣相阻燃機(jī)理氣相阻燃是指在燃燒氣相環(huán)境中進(jìn)行的阻燃反應(yīng)，該類型阻燃材料在氣相環(huán)境中發(fā)揮中斷或延緩可燃性氣體鏈?zhǔn)饺紵磻?yīng)的作用。下述幾種情況的阻燃效果均發(fā)生于氣相階段。a)阻燃劑受熱后產(chǎn)生能夠捕捉促進(jìn)燃燒反應(yīng)鏈增長(zhǎng)的自由基。廣泛使用的鹵系阻燃劑即為典型的該類阻燃劑。b)阻燃劑受熱生成能促進(jìn)自由基結(jié)合以終止鏈或燃燒反應(yīng)的微粒子。C)阻燃劑受熱分解能釋放出大量的惰性氣體，從而稀釋空氣中氧氣和由聚合物分解生成的氣態(tài)可燃性物質(zhì)的濃度，并帶走部分熱量，降低可燃?xì)怏w的溫度，致使燃燒終止。d)阻燃劑受熱釋放出高密度的蒸氣，此蒸氣覆蓋于可燃性氣體上，隔絕其與空氣中氧的接觸，從而使燃燒窒息。2．3．中斷熱交換阻燃機(jī)理這是指將聚合物燃燒產(chǎn)生的部分熱量帶走而降低被阻燃材料的吸熱量，致使被阻燃材料不能維持熱分解溫度，不能持續(xù)提供燃燒賴以進(jìn)行的可燃性氣體，于是燃燒自熄。例如，以氯化石蠟為阻燃劑時(shí)，由于該類阻燃劑可以促進(jìn)聚合物的解聚或分解，會(huì)促進(jìn)聚合物的熔化，熔融狀態(tài)的聚合物會(huì)帶走燃燒過程中產(chǎn)生的大量的熱量，從而減少燃燒體系中的熱量，但是帶走的熱量會(huì)引燃其他物質(zhì)，增加火災(zāi)的危險(xiǎn)性。達(dá)到相同的阻燃級(jí)別所需添加量少，因而對(duì)材料的物理、機(jī)械性能影響小。其阻燃機(jī)理為：紅磷受熱分解，形成極強(qiáng)脫水性的偏磷酸，從而使燃燒的聚合物表面炭化，炭化層一方面可以減少可燃?xì)怏w的釋放，另一方面還有吸熱作用。此外，紅磷與氧形成的自由基進(jìn)入氣相后，可以捕捉大量的自由基，中斷自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。但普通紅磷容易吸潮氧化，紅磷在氧化時(shí)釋放出劇毒的磷化氫氣體，且普通紅磷與塑料相容性差，在塑料中難以達(dá)到均勻分散。另外紅磷的顏色也限制了其在高聚物材料中的利用。有機(jī)磷系阻燃劑是與鹵素阻燃劑并重的有機(jī)阻燃劑，主要由磷酸酯、膦酸酯、雜環(huán)類等。有機(jī)磷系阻燃劑有阻燃和增塑雙重功效，可以使阻燃劑完全實(shí)現(xiàn)無鹵化，并改善塑料在成型過程中的流動(dòng)性能，產(chǎn)生較少的毒性氣體和腐蝕性氣體。有機(jī)磷系阻燃劑的阻燃機(jī)理為：含磷化合物受熱分解出酸性物質(zhì)，這種酸具有脫水作用，纖維材料在酸的作用下脫水碳化形成致密炭層，而發(fā)揮阻燃效果。一般過程為磷化物一磷酸一偏磷酸一聚偏磷酸，生成的磷酸層形成不揮發(fā)的保護(hù)膜將氧隔離從而達(dá)到阻燃目的。聚偏磷酸引起織物脫水反應(yīng)，使織物生成碳質(zhì)的皮膜，加速燃燒碳化，發(fā)揮阻燃效果。因?yàn)榱姿狨ビ袡C(jī)磷系阻燃劑與基體材料的相容性好，兼有阻燃和增塑的功能，因而在有機(jī)磷系阻燃劑中應(yīng)用最為廣泛。但是有機(jī)磷系阻燃劑多為液體，具有揮發(fā)性大、流動(dòng)性強(qiáng)、發(fā)煙量大、熱穩(wěn)定性較差等缺點(diǎn)，因而其應(yīng)用受到一定限制。C)氮系阻燃劑氮系阻燃劑常見的有三聚氰胺(MA)及其衍生物。該類阻燃劑毒性低、阻燃效率高、耐熱性能良好。含氮化合物分解時(shí)，產(chǎn)生的氣體腐蝕性小，經(jīng)過氮系阻燃劑整理的高分子材料發(fā)煙量低，表現(xiàn)出很好的抑煙效應(yīng)。其阻燃作用表現(xiàn)為在達(dá)到分解溫度時(shí)，釋放出C02、HN3、N2及H20等氣體。這些非可燃性氣體一方面降低了空氣中氧和可燃性氣體的濃度，使得燃燒速率減慢；另一方面，這些氣體帶走了一部分熱量，降低了聚合物表面溫度，從而達(dá)到阻止燃燒的目的。d)磷一氮系阻燃劑磷一氮系阻燃劑同時(shí)含有氮和磷兩種元素，且不含鹵素，不需要氧化銻為協(xié)效劑，其具有無鹵、低煙、低毒、阻燃效率高等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)含有這類阻燃劑的聚合物受熱時(shí)，表面能生成一層均勻的碳質(zhì)泡沫層，起到隔熱、隔氧、抑煙的作用并可以防止熔滴現(xiàn)象的產(chǎn)生，因而具有良好的阻燃性能。膨脹型阻燃體系一般由三部分組成：酸源(脫水劑)、炭源(成炭劑)和氣源(發(fā)泡劑)。膨脹型阻燃及阻燃機(jī)理為：在較低溫度下，由酸源釋放出能酯化多元醇和可作為脫水劑的無機(jī)酸：在稍高的溫度下，無機(jī)酸與多元醇進(jìn)行酯化反應(yīng)，體系處于熔融狀態(tài)：在反應(yīng)過程中產(chǎn)生的水蒸氣和由氣源產(chǎn)生的不燃性氣體使己處于熔融狀態(tài)的體系膨脹發(fā)泡，與此同時(shí)，多元醇和酯脫水炭化，形成無機(jī)物及炭殘余物，且體系進(jìn)一步膨脹發(fā)泡，最終形成多孔泡沫炭層。這層泡沫具有良好的隔熱、隔氧和抑煙的作用，具有良好的阻燃性能。4．阻燃加工方法針對(duì)于纖維及紡織品使用的阻燃方法，按照其生產(chǎn)過程和阻燃劑的引入方法，大致可以分為織物阻燃整理和纖維阻燃整理兩大類加。4．1．織物阻燃整理織物阻燃整理是通過吸附沉積、化學(xué)鍵合、非極性范德華力及粘合等作用使阻燃劑固著在織物或紗線上而獲得阻燃效果?？椢镒枞颊淼姆椒ㄖ饕幸韵滤姆N：a)涂層法：將阻燃劑混入涂層樹脂內(nèi)，靠樹脂的粘合作用使阻燃劑固著在織物表面。b)浸漬．烘燥法，又稱吸盡法，是將織物在阻燃液中浸漬一定時(shí)間后，再干燥焙烘使阻燃液被纖維集合體吸收。C)浸軋焙烘法，這種方法的處理過程為浸軋一預(yù)烘一焙烘一后處理，是阻燃整理工藝中應(yīng)用廣泛的一種工藝。浸軋液一般由阻燃劑、催化劑、樹脂、潤(rùn)濕劑和柔軟劑組成，再配成水溶液或乳液對(duì)織物進(jìn)行整理。d)有機(jī)溶劑法，該法是使用非水溶性的阻燃劑，其優(yōu)點(diǎn)是阻燃整理時(shí)的能耗低。但需要注意溶劑的毒性和燃燒性?？椢镒枞颊矸?，整理工藝簡(jiǎn)單，投資少，見效快，適合于開發(fā)新品，是應(yīng)用最廣泛的方法，能滿足各種不同阻燃程度的要求。但往往該方法對(duì)織物手感和色光有一定的影響，且阻燃持久性較差，質(zhì)量不穩(wěn)定，盡管如此，阻燃整理仍舊經(jīng)久不衰，新的阻燃整理劑體系和工藝不斷出現(xiàn)，發(fā)展很快兒。4．2．纖維阻燃整理對(duì)普通纖維阻燃整理包括共聚法、共混法、接枝改性法以及皮芯復(fù)合紡絲法。a)共聚法。是將含磷、鹵素、硫等阻燃元素的化合物作為共聚單體(反應(yīng)型阻燃劑)引入成纖高聚物的大分子鏈中。然后再把這種阻燃成纖高聚物用熔融或濕法紡絲制成阻燃纖維。由于阻燃劑與大分子鏈緊密結(jié)合，因而阻燃效果持久。但該法制作工藝比較復(fù)雜，成本較高。b)共混法。是將阻燃劑加入紡絲熔體中或漿液中紡制阻燃纖維的方法。阻燃效果的持久性與阻燃劑的選擇有關(guān)，如阻燃劑的粒度大小、與紡絲液的相溶性等。由于共混法生產(chǎn)的纖維中，阻燃劑與大分子間缺乏化學(xué)連接，故耐久性不如共聚法。目前共混法中常把阻燃劑、添加劑、載體混煉造粒制成阻燃母粒，以提高成品的耐久性12。C)皮芯復(fù)合紡絲法。是以阻燃高聚物為芯，普通聚