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塑料阻燃與消煙基本原理
(1)塑料的阻燃機理
要弄清塑料阻燃的基本原理,首先要了解塑料的燃燒過程。塑料的燃燒過程是一個極其複雜的熱氧化反應過程,導致燃燒的基本要素為熱、氧和可燃氣體。
般認為,塑料的燃燒經歷了如下三個階段
階段——熱引發過程。來自外部的熱源或火源的熱量導致塑
料發生相態變化(即從固態轉化為液態)和化學變化。第二階段
熱降解過程。這一過程為吸熱反應;當塑料吸收的熱量足以克服分子內原子間某些弱小鍵能時,塑料開始發生降解反應。這種反應的實質是在空氣中氧存在下的一種自由基鏈式反應,反應的結果產生氣相可燃物體,如各種單體易燃烴類等。第三階段—引燃過程。當第二階段熱降解反應生成可燃物的濃度達到着火極限后,與大氣中的氧氣相遇;在火焰的熱量促使環境溫度升高到足以使可燃性氣體自燃時,從而引發塑料燃燒。燃燒部分所產生的熱量通過傳導、輻射和對流等方式傳遞給相鄰部分,相鄰部分吸收后,導致熱降解並產生可燃物,也開始燃燒,如此傳遞。這時即使撤去原來的火源,塑料仍將持續燃燒。
從上面燃燒過程可以看出,除外界熱源和氧兩個因素外,塑料的燃燒性與其本身下列因素有關:
a.熱降解反應的難易程度;
b.熱降解產生氣體的組成;
c.熱降解產生氣體與氧氣混合速度;
d.熱量在塑料上的傳遞速度。
因此,不同塑料的可燃性不同。
塑料的阻燃過程也是一個極其複雜的物理和化學過程。目前雖建立了一些阻燃機理,但仍有些爭議。塑料阻燃的基本原理在於干擾氧化、熱及可燃氣體三個維持燃燒的基本要素。
普遍認為阻燃劑對塑料的阻燃行為主要是通過冷卻(降低熱量)、隔絕(隔絕氧氣)及終止反應(消滅可燃物體)等幾個方面來實現的。利用阻燃劑熱分解反應所需熱量和塑料熱降解所需的汽化熱,降(1)冷卻機理
低塑料表面的溫度,從而阻止塑料的熱降解反應,防止可燃物體的產按着這類機理實現阻燃的阻燃劑主要為無機金屬氫氧化物,如生,從而達到阻燃效果。
A(OH)、Mg(OH)2及水合硼酸鋅等,其阻燃反應為:2Al(OH)3-Al,,+3H,O-398kJ/mol
(2)稀釋機理
通過阻燃劑受熱分解而產生大量不可燃氣體,如HO、CO、NH、N2及HX等,以沖淡塑料分解產生可燃氣體的濃度,使之降低到着火濃度以下,從而達到氣相阻燃效果。
(3)隔離膜機理
隔離膜方式有兩種。一種為阻燃劑分解產生較重的不燃氣體或高沸點液體,覆蓋于燃燒物的表面,隔絕氧氣和可燃物相互擴散。按此機理阻燃的阻燃劑有:有機氮類(分解可產生N2及HO)、硫酸胺及氨基磺酸胺等。另一種為阻燃劑的熱分解促使塑料表面迅速脫水併發生碳化,形成一層碳化層,這種碳化膜即為阻燃隔離膜。按此機理阻燃的阻燃劑主要為:硼系、磷系及鹵化系等;尤其是近年來發展起來的膨脹型阻燃劑,在燃燒條件下所形成的隔離膜,其厚度為其它阻燃劑所形成隔離膜的7~8倍,可見其阻燃效果十分好。(4)終止鏈鎖反應機理
阻燃劑分解產生一種能捕獲自由基的物體,從而消滅燃燒鏈反應中產生的自由基,終止氧化反應。有機鹵化物按照此機理進行阻燃。如鹵系阻燃劑在燃燒溫度下分解生成鹵化氫(HX),HX具有捕獲HO自由基的能力,使之轉化為低能量的X•自由基和水;X•自由基通過與烴類反應,再生成HX;如此循環往復,從而達到終止鏈反應的作用不同鹵系阻燃劑分解產生的鹵化氫(HX)、捕獲自由基的能力不樣,其大小依次為DBr>cl>F
從上式可以看出,氟化物幾乎不起阻燃作用;碘化物阻燃效果雖好,但穩定性太差,不具備實用價值;因此常用溴化物,其次為氯化物
應當強調的是,同一種阻燃劑可能同時按幾種不同的阻燃機理進行阻燃。因此不同類型的阻燃劑協同使用,會起到比簡單加合更好的效果
如磷化物燃燒時生成的偏磷酸鹽可以聚合成穩定的多聚態,成為塑料的保護層;磷酸又可促進塑料表面碳化作用。
再如磷和鹵素協同使用時效果更好,因為兩者反應可生成鹵化磷(如PBr3及PBr等)。它們具有極大的蒸汽密度,可覆蓋于火焰表面隔絕氧氣並可沖淡可燃氣體的濃度。
又如三氧化二銻本身阻燃效果不好,但與鹵化物並用后,兩者可發生反應,在塑料表面形成鹵化銻(SbX3)和鹵氧化銻(SbOX)。上述兩種氣體為不燃氣體,可沖淡可燃氣體和隔絕氧化;同時其揮發又可吸收大量熱量,降低塑料表面溫度,發揮多種阻燃效果。
(4)新型環保型阻燃母粒
高效阻燃母粒 5003 阻燃聚丙烯母粒是一種以磷、氮、溴為主要阻燃元素的環保型聚丙
烯母粒，其一方面依靠凝固相和氣相雙重阻燃發揮協同效應提高了阻燃效率，另一方面通過催化機制加速體系熔融滴落而起到阻燃作用。PP 與 5003 按 9:1 的比例混合，阻燃級別可以達到 UL94 V-2(1.5mm 和 3.0mm)，且阻燃效果達到接近 UL94 V-0 的水平。5003已經通過美國 UL 認証，並滿足 RoHS、SVHC、PFOS&PFOA、17P、PAHs 等法規對產品的要求。使用 5003 的產品還具有阻燃制品密度小、發煙量低、對模具腐蝕小的特點。
主要用途：電子電器產品，建築行業產品等等。
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