生產(chǎn)阻燃尼龍不得不知曉的阻燃機(jī)理:
1.納米復(fù)合阻燃材料阻燃機(jī)理
納米復(fù)合材料單獨(dú)提出來(lái),雖然都屬于復(fù)合阻燃,但其原理有點(diǎn)不同。納米復(fù)合材料是指將材料中的一個(gè)或多個(gè)組分以納米尺寸或分子水平地分散在另一個(gè)組分基體中,此研究只有十幾年的歷史。實(shí)驗(yàn)表明,因納米材料以超細(xì)的尺寸存在,所以各種類(lèi)型的納米復(fù)合材料的性能比其相應(yīng)的宏觀或微米級(jí)復(fù)合材料均有較大的改善,其中材料的熱穩(wěn)定性和阻燃性能也會(huì)較大幅度的提高。
2.膨脹型阻燃體系阻燃機(jī)理
膨脹型阻燃劑主要由三部分組成:炭化劑(炭源)、炭化催化劑(酸源)、膨脹劑(氣源)。炭化劑為膨脹多孔炭層的炭源,一般是含碳豐富的多官能團(tuán)(如—OH)物質(zhì),季戊四醇(PER)及其二縮醇、三縮醇是常用的炭化劑。炭化催化劑一般是可在加熱條件下釋放無(wú)機(jī)酸的化合物。無(wú)機(jī)酸要求沸點(diǎn)高,而氧化性不太強(qiáng)。聚磷酸銨(APP)為常用的炭化催化劑。膨脹劑為受熱放出惰性氣體的化合物,一般是銨類(lèi)和酰胺類(lèi)物質(zhì),如尿素、密胺、雙氰胺及其衍生物。
3.鹵系阻燃劑阻燃機(jī)理
鹵系阻燃劑包括溴系和氯系阻燃劑。在鹵系阻燃劑中大部分是溴系阻燃劑。工業(yè)生產(chǎn)的溴系阻燃劑可分為添加型、反應(yīng)型及高聚物型三大類(lèi),而且品種繁多。溴系阻燃劑之所以受到青睞,其主要原因是它的阻燃效率高,而且價(jià)格適中。由于C-Br鍵的鍵能較低,大部分溴系阻燃劑的分解溫度在200℃~300℃,此溫度范圍正好也是常用聚合物的分解溫度范圍。所以在高聚物分解時(shí),溴系阻燃劑也開(kāi)始分解,并能捕捉高分子材料分解時(shí)的自由基,從而延緩或抑制然燒鏈的反應(yīng),同時(shí)釋放出的HBr本身是一種難燃?xì)怏w,可以覆蓋在材料的表面,起到阻隔與稀釋氧氣濃度的作用。這類(lèi)阻燃劑無(wú)不例外的與銻系(三氧化二銻或五氧化二銻)復(fù)配使用,通過(guò)協(xié)同效應(yīng)使阻燃效果得到明顯提高。
鹵系阻燃劑主要在氣相中發(fā)揮阻燃作用。因?yàn)辂u化物分解產(chǎn)生的鹵化氫氣體,是不燃性氣體,有稀釋效應(yīng)。它的比重較大,形成一層氣膜,覆蓋在高分子材料固相表面,可隔絕空氣和熱,起覆蓋效應(yīng)。更為重要的是,鹵化氫能抑制高分子材料燃燒的連鎖反應(yīng),起清除自由基的作用。
4.有機(jī)硅阻燃劑阻燃機(jī)理
將硅酮化合物作為阻燃劑的研究始于20世紀(jì)80年代初期。1981年,Kamber等,發(fā)表關(guān)于聚碳酸酯與聚甲基硅氧烷共混,可使阻燃性能提高的研究報(bào)告。雖然有機(jī)硅阻燃劑的研究開(kāi)發(fā)落后于鹵系及磷系阻燃劑,但是,有機(jī)硅阻燃劑作為一類(lèi)新型的無(wú)鹵阻燃劑,以其優(yōu)異的阻燃性、成型加工性和環(huán)境友好而獨(dú)具風(fēng)采。有機(jī)硅阻燃劑有硅油、硅樹(shù)脂、帶功能團(tuán)的聚硅氧烷、聚碳酸酯一硅氧烷共聚物丙烯酸酯一硅氧烷復(fù)合材料以及硅凝膠等。以硅酮化合物阻燃的高分子材料,硅酮阻燃劑多半會(huì)遷移到材料的表面,形成表面為硅酮富集層的高分子梯度材料。
5.無(wú)機(jī)阻燃劑的阻燃機(jī)理
無(wú)機(jī)阻燃劑包括氫氧化鋁、氫氧化鎂、膨脹石墨、硼酸鹽、草酸鋁和硫化鋅為基的阻燃劑。氫氧化鋁和氫氧化鎂是無(wú)機(jī)阻然劑的主要品種,它們具有無(wú)毒性和低煙等特點(diǎn)。由于受熱分解吸收大量燃燒區(qū)的熱量,使燃燒區(qū)的溫度降低到燃燒臨界溫度以下燃燒自熄,分解后生成的金屬氧化物多數(shù)熔點(diǎn)高、熱穩(wěn)定性好、覆蓋于燃燒固相表面阻擋熱傳導(dǎo)和熱輻射,從而起到阻燃作用。同時(shí)分解產(chǎn)生大量的水蒸氣,可稀釋可燃?xì)怏w,也起到阻燃作用。
6.阻燃劑協(xié)同阻燃機(jī)理
含鹵阻燃劑與含磷阻燃劑配合使用能產(chǎn)生顯著的協(xié)同效應(yīng)。對(duì)于鹵-磷阻燃協(xié)同效應(yīng),人們提出鹵-磷配合使用能互相促進(jìn)分解,并形成比單獨(dú)使用具有更強(qiáng)阻燃效果的鹵-磷化合物及其轉(zhuǎn)化物PBr3、PBr·、POBr3等。用裂解氣相色譜、差熱分析、差示掃描量熱分析、氧指數(shù)測(cè)定、阻燃劑程序升溫觀察等方法對(duì)鹵一磷協(xié)同效應(yīng)進(jìn)行的研究表明,鹵-磷配合使用時(shí)阻燃劑的分解溫度比單獨(dú)使用時(shí)略低,且分解非常劇烈,燃燒區(qū)的氯磷化合物及其水解產(chǎn)物形成的煙氣云團(tuán)能較長(zhǎng)時(shí)間逗留在燃燒區(qū),形成強(qiáng)大的氣相隔離層。
7. 磷及磷化合物的阻燃機(jī)理
磷及磷化合物很早就被用作阻燃劑使用,對(duì)它的阻燃機(jī)理研究得也較早,從磷化合物在不同反應(yīng)區(qū)內(nèi)所起阻燃作用可分為凝聚相中阻燃機(jī)理和蒸汽相中阻燃機(jī)理,有機(jī)磷系阻燃劑在凝聚相中發(fā)揮阻燃作用。其阻燃機(jī)理如下:
在燃燒時(shí),磷化合物分解生成磷酸的非燃性液態(tài)膜,其沸點(diǎn)可達(dá)300℃。同時(shí),磷酸又進(jìn)一步脫水生成偏磷酸,偏磷酸進(jìn)一步聚合生成聚偏磷酸。在這個(gè)過(guò)程中,不僅由磷酸生成的覆蓋層起到覆蓋效應(yīng),而且由于生成的聚偏磷酸是強(qiáng)酸,是很強(qiáng)的脫水劑,使聚合物脫水而炭化,改變了聚合物燃燒過(guò)程的模式并在其表面形成碳膜以隔絕空氣,從而發(fā)揮更強(qiáng)的阻燃效果。