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硅橡胶用阻燃剂五大阻燃机理

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磷系阻燃剂:磷系阻燃体系包括无机磷系阻燃剂和有机磷系阻燃剂。目前应用最广的有机磷系阻燃剂是磷酸酯和膦酸酯

阻燃机理:磷系阻燃剂是弱的火焰抑制剂;其阻燃机理在于磷系化合物受热分解为含磷氧酸,这些含磷氧酸可促使聚合物脱水炭化生成的焦炭层呈石墨状,能阻隔内部聚合物与氧接触;焦炭层导热性差, 使聚合物与热源隔绝,减缓了热分解,从而起到阻燃的作用。而脱水碳化这一步骤必须依赖聚合物本身的含氧基团。对于聚丙烯来讲,分子结构没有含氧基团,单独使用磷系阻燃剂时阻燃效果不佳。如果与氢氧化铝和氢氧化镁等复配即可产生协同效应,从而得到良好的阻燃效果。


氮系阻燃剂:含氮阻燃剂主要包括3大类:三嗪类化合物三聚氰胺、双氰胺、胍盐及它们的衍生物,特别是磷酸盐类衍生物。

阻燃机理:温度升高到一定程度,氮系阻燃剂受热,开始发生分解反应,分解产物有NO、NO2、NH3、CO2等不燃烧的气体,其中NH3是释放出来的气体的主要成分,NH3具有降温、吸热以及稀释氧气等作用。生成这些不燃性气体起到吸热隔氧的目的,还有阻燃剂在分解过程发生的吸热反应消耗掉大部分热量,明显地降低阻燃材料燃烧表面的温度,都起到阻止材料进一步燃烧和传播火焰的作用。不燃性气体物质不但起到了稀释燃烧界面上氧气和可燃性气体的浓度的作用,还能消耗掉空气中的氧气,与之发生氧化反应,生成氮气、水及深度的氧化物,实现阻燃的目的。

铝-镁系阻燃剂:用于有机硅的铝-镁系阻燃剂以氢氧化铝、氢氧化镁为主。这类物质具有热稳定性好、无毒、不挥发、不产生腐蚀性气体、发烟量小等优点。

阻燃机理:氢氧化铝受热分解过程是一个吸热的反应(吸热量约为 2kJ/g),可带走燃烧产生的大量热量,降低燃烧界面的温度;此外,分解产物之一是水蒸气,可起到降温和稀释氧气以及可燃气体的浓度的作用;另一分解产物氧化铝为致密的无机氧化物粉体,可覆盖在聚丙烯阻燃材料表面,形成一层具有隔热隔氧作用的保护炭层,同时还具备抑烟的效果。氢氧化镁阻燃机理与氢氧化铝类似,但氢氧化镁分解温度为340~ 490℃,比氢氧化铝高得多,热稳定性相对较好,在消烟抑烟性能上也优于氢氧化铝,而反应的吸热量则相对氢氧化铝少一些,此外,Mg(OH)2可以促进塑料表面炭化,而Al(OH)3无此作用。在相同的添加量下,二者对有机硅的阻燃效果并没有明显的差别,然而,Mg(OH)2比Al(OH)3更适合作为加工温度较高的聚合物的阻燃剂;通常两种阻燃剂协同作用比单独使用能达到更好的阻燃效果,其协同阻燃机理为,氢氧化铝发挥阻燃作用温度较低,但吸热量较大,可以有效抑制温度的上升,在温度较高时,氢氧化镁发生脱水吸热反应起阻燃作用,两者复合,扬长避短,可扩宽发挥阻燃作用的温度范围和延长发挥阻燃效应的时间,从而起到协效阻燃的作用。


硅系阻燃剂:硅系阻燃剂是一种新型的无卤阻燃剂,是一种成炭型抑烟剂,它在赋予聚合物优异阻燃抑烟性的同时,还能改善聚合物的加工性能及提高聚合物的机械强度。

阻燃机理:有机硅系阻燃剂在其燃烧的时候会较早发生熔融滴落现象,其中有机硅阻燃剂的熔滴物质穿过聚合物基体的空隙转移到基材的表面,生成致密而稳定的含硅(主要成分SiO2)炭层,这层含硅炭层既阻止了燃烧分解的可燃性物质的外逸,同时也起到隔热隔氧的作用,阻止高聚物材料的热分解,达到阻燃、低烟、低毒的目的;无机硅系阻燃剂的阻燃作用属于凝聚相阻燃机理,一般认为是通过燃烧时形成的无定形硅或者硅化物保护层的阻隔屏蔽作用来达到阻燃目的的。


膨胀型阻燃剂:膨胀型阻燃剂(IFR)由于其阻燃效率高、低烟、无毒、无腐蚀气体释放等特点, 被认为是当今无卤阻燃材料的发展方向之一。

阻燃机理:IFR一般是以磷、氮、碳元素为主要成分的新型复合阻燃剂。通常由三部分组成——成炭剂(碳源),脱水剂(酸源)和膨胀剂(气源)。在常规的 IFR 复合阻燃剂中,通常作为酸源的是聚磷酸铵(APP),作为碳源的是季戊四醇(PER),作为气源的是三聚氰胺(MA),其发挥阻燃的作用机理为:当温度升高时,IFR 中的碳源在酸源的作用下,发生酯化反应,产物为酯类化合物;其后,发生脱水交联反应,酯类化合物形成炭化物,同时气源分解产生的气体作用于这些炭化物,使其形成封闭、多孔、蓬松的发泡结构炭层,该炭层实质是碳的微晶,为无定型碳结构,不能燃烧,并且可起到隔断聚丙烯阻燃材料与热源间发生热传导的作用,使得聚阻燃丙烯的热降解温度得到提高。此外,封闭的发泡炭层能够阻碍气体发生扩散,亦即阻止热分解生成的可燃性气体发生扩散,同时阻隔外界氧气流通到未裂解的阻燃聚丙烯材料表面,由于燃烧得不到充足的氧气和热能,正在燃烧的阻燃聚丙烯材料就会自熄。

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