硼酸鹽阻燃劑概述

1、硼酸鹽阻燃劑概述隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化不斷的發(fā)展， 經(jīng)濟(jì)也得到了快速的發(fā)展， 但 同時(shí)也引發(fā)了一系列嚴(yán)重的社會(huì)問(wèn)題，例如 2010年 11月 15日 上海的特大火災(zāi)造成，造成 49人死亡、 70人受傷； 2013年 5月 11日晚，安徽宿孚玉鎮(zhèn)居民住宅發(fā)生火災(zāi)，火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng) 5 人死亡。 這一起起火災(zāi)帶給人血的教訓(xùn)， 引發(fā)了人們的深刻反思， 除了在 日常生活中規(guī)范操作和高度重視之外， 還應(yīng)從其它源頭做起， 那 就是研發(fā)具有阻燃性能的材料， 盡可能杜絕此種重大事故再次發(fā) 生。近年來(lái)，阻燃劑市場(chǎng)發(fā)展迅猛，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)， 2007 年全 球阻燃劑市場(chǎng)消費(fèi)為 170萬(wàn)噸， 2008 年為195萬(wàn)噸， 2010 年

2、 為 230 余萬(wàn)噸， 2014 年有望達(dá)到近 300 萬(wàn)噸。我國(guó)也在 2007 年 3 月 1 日頒布了阻燃制品標(biāo)識(shí)管理辦法（實(shí)行），規(guī)范阻燃 劑的使用，防止阻燃劑對(duì)環(huán)境和人體健康產(chǎn)生影響。1 硼酸鹽阻燃劑特點(diǎn) 阻燃劑的種類(lèi)很多，按照使用方法可分為添加型和反應(yīng)型； 按照組成可分為有機(jī)阻燃劑、無(wú)機(jī)阻燃劑、無(wú)機(jī) - 有機(jī)阻燃劑。 有機(jī)阻燃劑主要有鹵系、磷系、六溴水散體、磷酸酯、十溴- 三氧化二銻、鹵代磷酸酯等，其優(yōu)點(diǎn)是與有機(jī)物有很好的親和力， 在塑料等阻燃體系中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)， 但缺點(diǎn)是阻燃過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大 量的有毒有害氣體和煙霧， 為后續(xù)的救援造成了很大的影響， 這 就限制了其應(yīng)用。無(wú)機(jī)阻燃劑，主要

3、有硼酸鹽類(lèi)、氫氧化物、磷 酸的銨鹽、鹵化銨、硼酸等，其由于具有無(wú)毒、無(wú)煙、無(wú)鹵、無(wú) 害等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用在建筑，裝修等很多行業(yè)，并且需求量 占整個(gè)阻燃市場(chǎng)的 50%以上，并有逐年遞增的趨勢(shì)。硼酸鹽就是一種應(yīng)用最廣的阻燃劑， 目前，我國(guó)生產(chǎn)的硼酸 鹽阻燃劑主要有偏硼酸鈣、五硼酸銨、偏硼酸鈉、氟硼酸按、硼 酸鋅、偏硼酸鋇、氟硼酸鋅等，硼砂有防止殘焰的作用，但對(duì)防 止灼焦的作用不大； 而硼酸有阻止無(wú)焰灼燒的作用， 但對(duì)防止殘 焰的作用又不明顯， 將兩者混合可以發(fā)揮協(xié)同阻燃效果， 防止無(wú) 焰灼燒的效果很好。 在硼系阻燃劑中， 硼酸鈣是一種新型的阻燃 劑，硼酸鋅是一種應(yīng)用最為廣泛的阻燃劑，將其添加在織

4、物、塑 料等高聚物中，有許多優(yōu)點(diǎn)：（ 1）硼酸鋅阻燃劑的安全無(wú)毒、 價(jià)格低廉、性能良好。（ 2）添加硼酸鋅后，織物等燃燒有利于 生成多孔碳層，碳層能被 B2O3所穩(wěn)定。（3）硼酸鋅與其它阻燃 劑混合使用，具有協(xié)同效應(yīng)，可以減少煙霧量，起到降低成本的 作用。（ 4）硼酸鋅在阻燃樹(shù)脂時(shí)，可減少高溫熔滴，防止了二 次火災(zāi)的發(fā)生。（ 5）硼酸鋅與 Al （ OH） 3 阻燃劑協(xié)同，可生成 多孔硬質(zhì)玻璃陶瓷狀物質(zhì)， 起到隔熱和吸附可燃與助燃?xì)怏w的作 用，阻止燃燒的進(jìn)一步進(jìn)行。目前，硼酸鹽阻燃劑已在船舶、化 工、建筑和軍事等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。2 硼酸鹽阻燃劑的結(jié)構(gòu) 硼酸鹽是由金屬陽(yáng)離子和硼氧聚陰離子以離子鍵結(jié)

5、合形成 的，由于硼原子可以采取 sp2 雜化和 sp3 雜化，分別形成平面三 角形B03和四面體B04單元，B03和B04單元可以單獨(dú)存在，也 可以通過(guò)頂點(diǎn)氧原子互相連接， 形成聚合程度不同的硼氧聚陰離 子，而硼氧聚陰離子可以發(fā)生縮聚反應(yīng)脫水， 通過(guò)氧原子與質(zhì)子 結(jié)合形成0H-,在其它基團(tuán)連接下發(fā)生形變，在水含量高時(shí)連接 方式發(fā)生改變， 這就導(dǎo)致硼氧聚陰離子結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 硼酸鹽種類(lèi)繁 多。3 硼酸鹽阻燃劑性能測(cè)試方法 目前，硼酸鹽阻燃劑性能的測(cè)試方法很多， 歸納起來(lái)主要有 以下幾種： 極限氧指數(shù)法、垂直燃燒法、熱分析法等。極限氧指數(shù)（L0D法的原理是將待樣品置于垂直流動(dòng)的氮 氣和氧氣的混合氣氛中

6、， 改變?cè)诰S持總流量不變添加下， 改變氧 氣的流量， 測(cè)量使待測(cè)樣品保持平衡燃燒時(shí)的最低氧濃度 （體積 百分?jǐn)?shù)），用以判斷材料的阻燃性能。垂直燃燒法的原理是垂直地夾住試樣一端， 對(duì)材料的自由端 施加一定的火焰，通過(guò)測(cè)定續(xù)燃時(shí)間、灼焰時(shí)間、燃燒長(zhǎng)度或成 炭率來(lái)評(píng)價(jià)材料的阻燃性能。熱分析法是一種廣泛應(yīng)用于材料可燃性和阻燃性能評(píng)價(jià)的方法。包括熱重法（TGA、差式掃描量熱法（DSC和差熱分析（DTA等。TGA法是在程序控溫下，測(cè)量物質(zhì)的質(zhì)量與溫度 的關(guān)系。 分析物質(zhì)在分解過(guò)程中的質(zhì)量變化及失重速度， 進(jìn)而對(duì) 材料燃燒過(guò)程中的穩(wěn)定性和可燃性作出評(píng)價(jià)。而DTA法和DSC法則是在相同條件下定量分析材料在不同

7、溫度的重量及熱效應(yīng)的 變化情況，進(jìn)而得出阻燃劑對(duì)材料的熱分解過(guò)程變化以及燃燒性 能的影響，對(duì)材料的阻燃性能和阻燃機(jī)理做出判斷。4 硼酸鹽阻燃劑的研究現(xiàn)狀 近些年來(lái)，人們已經(jīng)對(duì)硼酸鹽納米阻燃劑進(jìn)行了大量的研 究，并且發(fā)現(xiàn)，阻燃劑的阻燃效果與阻燃材料的顆粒尺度有關(guān)， 也就是說(shuō)，顆粒越小，阻燃效果越好。不同形貌的阻燃劑，阻燃 效果也不相同。例如：中南大學(xué)吳志平等 1 人制備了超細(xì)硼酸 鋅并測(cè)定其成炭率，研究了 2Z nO ?3B203?3.5H2O勺阻燃性和抑 煙效果；蘇達(dá)根等 2 人制備了納米硼酸鋅，并通過(guò)測(cè)定極限氧 指數(shù)法研究其阻燃性； S. l. Li等3 人制得了2ZnO?3B2O3?3.5H20納米片，并發(fā)現(xiàn) 2ZnO?3B203?3.5H20納米 片極大地提高了 PE的阻燃性能；Ayhan Mergen等4采用 2ZnO?3B2O3?3.O-3.5H2O制得了 4ZnO?B2O3?H2O并研究了添加 不同量4ZnO?B2O3?H2的PVC的阻燃性能，發(fā)現(xiàn)納米材料的阻燃 劑性能較普通阻燃劑明顯提高，添加量較少。5 硼酸鹽阻燃劑的發(fā)展方向無(wú)機(jī)阻燃劑由于具有毒性小、 抑煙效果好等特點(diǎn)， 目前已廣 泛的應(yīng)用于建材、紡織、油漆等各行各業(yè)。但是，無(wú)機(jī)阻燃劑添 加量大，阻燃效果差，這就限制了其發(fā)展。近年來(lái)，隨著納米技 術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)，將阻燃材料制備成納米型，不但