課程論文-阻燃劑的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

廣西科技大學課程論文論文名稱：阻燃劑的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢指導教師：左華江班級：化工111班姓名：張樹健學號：20111204成績評定：指導教師簽字：年月日阻燃劑的概念阻燃劑又稱難燃劑，耐火劑或防火劑：賦予易燃聚合物難燃性的功能性助劑；依應用方式分為添加型阻燃劑和反應型阻燃劑。根據(jù)組成，添加型阻燃劑主要包括無機阻燃劑、鹵系阻燃劑（有機氯化物和有機溴化物）、磷系阻燃劑（赤磷、磷酸酯及鹵代磷酸酯等）和氮系阻燃劑等。不同材料，不同用途，對阻燃劑的性能要就各不相同，一個比較理想的阻燃劑應具備下列基本條件。（1）阻燃劑步損害高分子材料的物理機械性能，即經(jīng)阻燃加工后，不降低熱變形溫度、機械強度和電氣特性。用于合成纖維時還必須有防止熔滴的作用，對整理織物的外觀影響極小。（2）具有耐候性及持久性，進行阻燃加工的塑料制品都是準備長期使用的物品，所以阻燃效果不能在制品使用中消失。對于合成纖維中阻燃劑產(chǎn)生的仿燃效果應能耐洗滌及干洗。（3）無毒或低毒。阻燃劑在使用的過程中產(chǎn)生的氣體可燃性低，毒性小，對紡織品用阻燃劑應為不刺激皮膚，當織物在火焰中裂解時不產(chǎn)生有毒氣體。（4）價格低廉。隨著阻燃劑在制品中的添加量有增多的傾向，因而廉價就顯得十分重要了，當然在特殊場合即使價昂也不得不采用。阻燃劑的類型阻燃科學技術是為了適應社會安全生產(chǎn)和生活的需要，預防火災發(fā)生，保護人民生命財產(chǎn)而發(fā)展起來的一門科學。阻燃劑是阻燃技術在實際生活中的應用，它是一種用于改善可燃易燃材料燃燒性能的特殊化工助劑，廣泛應用于各類裝修材料的阻燃加工中。經(jīng)過阻燃劑加工后的材料，在受到外界火源攻擊時，能夠有效地阻止、延緩或終止火焰的傳播，從而達到阻燃的作用。根據(jù)不同的劃分標準可將阻燃劃分為以下幾類：按所含阻燃元素分按所含阻燃元素可將阻燃劑分為鹵系阻燃劑、磷系阻燃劑、磷-鹵系阻燃劑等等。鹵系阻燃劑在熱解過程中，分解出捕獲專遞阻燃劑自由基x及Hx.HX能稀釋可燃物裂解時產(chǎn)生的可燃氣體，隔斷可燃氣體與空氣的接觸。磷系阻燃劑在燃燒過程中產(chǎn)生了磷酸酐或磷酸，促使可燃物脫水炭化，阻止或減少可燃氣體的產(chǎn)生。磷酸酐在熱解時還形成了類似玻璃狀的熔融物覆蓋在可燃物表面，促使其氧化生成二氧化碳，起到阻燃作用。在氮系阻燃劑中，氮的化合物和可燃物作用，促進交鏈成炭，降低可燃物的分解溫度，產(chǎn)生的不燃氣體，起到稀釋可燃氣體的作用。磷-鹵系阻燃劑、磷-氮系阻燃劑主要我通過磷-鹵、磷-氮協(xié)同效應作用達到阻燃目的，具有磷-鹵、磷-氮的雙重效應，阻燃效果比較好。按組分的不同分按組分的不同可分無機鹽阻燃劑、有機阻燃劑和有機、無機混合阻燃劑三種。無機阻燃劑是目前使用最多的一類阻燃劑，它的主要組分是無機物，應用產(chǎn)品主要有氫氧化鋁、氫氧化鎂、磷酸一銨、磷酸二銨、氯化銨等。有機阻燃劑的主要組分為有機物，主要的產(chǎn)品有鹵系、磷酸酯、鹵代磷酸酯等。還有一部分有機阻燃劑用于紡織織物的耐久性阻燃整理，如六溴散體、十溴-三氧化二銻阻燃體系，具有較好的耐洗滌的阻燃劑性能。有機、無機混合阻燃劑是無機鹽類阻燃劑的改良品，主要用非水溶性的有機磷酸酯的水乳液，部分代替無機鹽；類阻燃劑。在三大類阻燃劑中，無機阻燃劑具有無毒無害無煙無鹵的優(yōu)點，廣泛應用于各類領域，需求總量占阻燃劑需求總量一半以上，需求增長率有增長趨勢。按使用方法分按使用方法的不同可把阻燃劑分為添加型和反應型。添加型阻燃劑主要是通過在可燃物種添加阻燃劑揮發(fā)阻燃劑的作用。反應型阻燃劑則是通過化學反應在高分子材料中引入阻燃基團，從而提高材料的抗燃性，起到阻止材料被引燃和抑制火焰的傳播的目的。在阻燃劑類型中，添加型阻燃劑占主導地位，使用的范圍比較廣，約占阻燃劑的百分之八十五。阻燃劑的阻燃機理阻燃劑是通過若干機理發(fā)揮其阻燃作用的，如吸熱作用、覆蓋作用、抑制鏈反應、不燃氣體的窒息作用等。多數(shù)阻燃劑是通過若干機理共同作用達到阻燃目的。1、吸熱作用任何燃燒在較短的時間所放出的熱量是有限的，如果能在較短的時間吸收火源所放出的一部分熱量，那么火焰溫度就會降低，輻射到燃燒表面和作用于將已經(jīng)氣化的可燃分子裂解成自由基的熱量就會減少，燃燒反應就會得到一定程度的抑制。在高溫條件下，阻燃劑發(fā)生了強烈的吸熱反應，吸收燃燒放出的部分熱量，降低可燃物表面的溫度，有效地抑制可燃性氣體的生成，阻止燃燒的蔓延。Al(OH)3阻燃劑的阻燃機理就是通過提高聚合物的熱容，使其在達到熱分解溫度前吸收更多的熱量，從而提高其阻燃性能。這類阻燃劑充分發(fā)揮其結合水蒸汽時大量吸熱的特性，提高其自身的阻燃能力。2、覆蓋作用在可燃材料中加入阻燃劑后，阻燃劑在高溫下能形成玻璃狀或穩(wěn)定泡沫覆蓋層，隔絕氧氣，具有隔熱、隔氧、阻止可燃氣體向外逸出的作用，從而達到阻燃目的。如有機阻磷類阻燃劑受熱時能產(chǎn)生結構更趨穩(wěn)定的交聯(lián)狀固體物質(zhì)或碳化層。碳化層的形成一方面能阻止聚合物進一步熱解，另一方面能阻止其內(nèi)部的熱分解產(chǎn)生物進入氣相參與燃燒過程。3、抑制鏈反應根據(jù)燃燒的鏈反應理論，維持燃燒所需的是自由基。阻燃劑可作用于氣相燃燒區(qū)，捕捉燃燒反應中的自由基，從而阻止火焰的傳播，使燃燒區(qū)的火焰密度下降，最終使燃燒反應速度下降直至終止。如含鹵阻燃劑，它的蒸發(fā)溫度和聚合物分解溫度相同或相近，當聚合物受熱分解時，阻燃劑也同時揮發(fā)出來。此時含鹵阻燃劑與熱分解產(chǎn)物同時處于氣相燃燒區(qū)，鹵素便能夠捕捉燃燒反應中的自由基，從而阻止火焰的傳播，使燃燒區(qū)的火焰密度下降，最終使燃燒反應速度下降直至終止。4、不燃氣體窒息作用阻燃劑受熱時分解出不燃氣體，將可燃物分解出來的可燃氣體的濃度沖淡到燃燒下限以下。同時也對燃燒區(qū)內(nèi)的氧濃度具有稀釋的作用，阻止燃燒的繼續(xù)進行，達到阻燃的作用。阻燃劑熄火原理1、產(chǎn)生一種能悶熄火焰的氣體。如三氧化二銻，它在PVC中遇到因燃燒發(fā)出的HCL時就起反應生成一種悶熄性氣體，即銻的氮氧化物。

2.吸收燃燒時產(chǎn)生的熱量，起冷卻減慢燃燒速率的作用。如氫氧化鋁，

它分子中所含化學締合水的比例高達34%，這種締合水在大多數(shù)塑料的加工溫度下保持穩(wěn)定，但超過200℃時開始分解，釋放出水蒸汽。而且每分解一克分子氫氧化鋁，要吸收36千卡熱量。

3.提供一層與氧氣隔絕的涂層。如磷酸酯類阻燃劑燃燒時生成的磷化物即是隔氧的涂層。

4.生成可與塑料起反應的游離基，起阻燃作用。它們與塑料的反應產(chǎn)物之燃燒性能極差。阻燃劑適用范圍阻燃劑主要適用于有阻燃需求的塑料，延遲或防止塑料尤其是高分子類塑料的燃燒。使其點燃時間增長，點燃自熄，難以點燃。一般如PP、PA、PE、PS、ABS、EVA及PET、PBT等易燃的高分子塑料在特殊用途中都需要添加阻燃劑。阻燃劑加工環(huán)保阻燃劑方法PP專用環(huán)保阻燃劑屬氮磷阻燃劑是專為聚丙烯而開發(fā)的無鹵、膨脹型阻燃劑。它是由具有協(xié)同作用的含磷含氮化學物聚合而成的，在聚丙烯中有良好的相容性，對塑料的機械性能影響很小，同時在加工過程有優(yōu)良的加工穩(wěn)定性。

PP專用環(huán)保阻燃劑不同于含鹵型阻燃劑，在燃燒過程中通過產(chǎn)生致密的膨脹碳層達到隔熱隔絕空氣阻燃的目的，而不會有刺激性鹵化氫氣體以及黑煙，是一種環(huán)保型阻燃劑。

加工方法

1）與PP混合均勻后加入擠出機。添加量為25％－27％的質(zhì)量份；

2）加工溫度建議在180－200℃即可。由于本產(chǎn)品良好的熱穩(wěn)定性，如果具體工藝需要，也可以適當提高；

3）與PP混合擠出時，建議使用雙螺桿擠出機，最好在平行同向雙螺桿上造粒；

加工工藝：

加熱區(qū)12345678

溫度（℃）140150175185185185185180

4）建議不添加其它任何無機填料，因為填料會破壞碳層結構，影響阻燃效果；

5）建議不添加硬脂酸鹽類的潤滑劑；

6）如果添加抗氧劑和光穩(wěn)定劑，宜用有機類的抗氧劑和光穩(wěn)定劑；

7）PP專用環(huán)保阻燃劑與其它添加劑混合使用時要仔細評估。各類阻燃劑的現(xiàn)狀研究（一）鹵素阻燃劑鹵素阻燃劑在受熱時分解產(chǎn)生鹵化氫HX，HX通過兩種機理起阻燃作用，即自由基機理：消耗高分子降解產(chǎn)生的自由基HO,使其濃度降低,從而延緩或中斷燃燒的鏈反應;表面覆蓋機理：鹵化氫是一種難燃的氣體，密度比空氣大，可以在高分子材料表面形成屏障，使可燃性氣體濃度下降，從而減慢燃燒速度甚至使火焰熄滅。通常鹵素阻燃劑主要是溴系和氯系兩大類。溴系阻燃劑因其用量少、熱穩(wěn)定性好和阻燃效率高而成為目前世界上產(chǎn)量最大的阻燃劑之一，而氯系雖與溴系同屬鹵系，但其阻燃效率比溴系差。近20年來\o"氯系阻燃劑"氯系阻燃劑已逐漸被溴系阻燃劑所代。盡管鹵素阻燃劑仍是最重要的產(chǎn)品之一，相關產(chǎn)品研究仍在進行，但由于它在燃燒時釋放出有毒煙霧，造成二次危害，使人們?nèi)パ芯啃滦妥枞紕獰o鹵阻燃劑。（二）無機阻燃劑無機阻燃劑主要指一些金屬的氫氧化物和氧化物的水合物，這些化合物受熱分解吸收大量熱，使聚合物表面溫度降低，同時分解產(chǎn)生水蒸汽有蓄熱和釋放高分子表面氣體濃度的作用。在非鹵素阻燃劑中，無機阻燃劑是重要組成部分，它占阻燃劑市場上的很大份額，日本1998年市場需求量為74850噸，占全部阻燃劑需求量的43%。目前，國內(nèi)對無機阻燃劑的開發(fā)和應用較為廣泛，已研制了包括\o"水合氧化鋁"水合氧化鋁系、硼系、鉬系、無機磷系及鋅、鎂與過渡金屬氧化物等約19個品種，美國Alcan化學品公司開發(fā)的BAX1091FM系列和超細硼酸鋅HcmetandZ系列在提高阻燃性和消煙性的同時也改善產(chǎn)品的加工性能和機械性能。值得一提的是，我國\o"銻礦資源"銻礦資源豐富且科研實力雄厚，這就為我國銻系阻燃劑的開發(fā)提供了廣闊的前景。(三)磷系阻燃劑含磷化合物存在許多氧化態(tài)，它們的受熱分解產(chǎn)物具有強烈的脫水作用，使所覆蓋的聚合物表面炭化，形成\o"炭膜"炭膜，起到阻燃作用。磷系阻燃劑還有增塑功能，它可使阻燃劑實現(xiàn)無鹵化。一般磷系包括無機磷系和有機磷系。無機磷系阻燃劑包括紅磷、磷酸銨鹽和聚磷酸銨;有機磷系阻燃劑包括磷酸酯、亞磷酸酯、膦酸酯和膦鹽等系列。(四)膨脹型阻燃劑IFR是一種新型的阻燃體系,以磷和氮為有效阻燃組分不含鹵素,也不必采用氧化銻為協(xié)效劑.含有這種阻燃劑的高聚物受熱時,表面能生成一層均勻的炭質(zhì)泡沫層，此層能隔熱、隔氧、抑煙等，并能防止熔滴，因而具有良好的阻燃性能。IFR體系一般是由酸源、碳源及氣源組成。通常有混合型和單體型(三源同存于單一分子內(nèi))兩種。從總體上來看，IFR體系還處于開發(fā)階段，現(xiàn)有IFR體系普遍存在著添加量大，吸濕嚴的缺點，還有待于進一步完善。為此人們做了大量的工作，有效地彌補了IFR使高分子材料使用性能下降的不足，所以有很大的發(fā)展前景。新型阻燃劑的開發(fā)應用(一)合金型阻燃劑的研究所謂合金型阻燃劑就是一種以紅磷為基礎配以多種改性助劑及材料、以分子鏈及靠界面融接而結合為一個分子集團，再以表面活性劑單分子層外包裹的微膠囊化產(chǎn)品。合金型阻燃劑主要是根據(jù)冶金上合金處理思想，經(jīng)過技術處理，引入極性基團，將各種原料結合力較弱的松散分子鍵進一步松散化，使各種化合物相互穿插、結合、纏繞，成為一個集團分子。然后進一步粉碎到要求的粒度，最后再將表面活性劑包裹于集團粒子表面微膠囊化，提高與塑料的相容性，這種合金型阻燃劑初步應用于回收聚乙烯、聚丙烯和雙拉\o"聚丙烯打包帶"聚丙烯打包帶等阻燃劑制品上獲得較好的效果。(二)紙用阻燃劑的研究一般的紙張多是易燃品，在現(xiàn)實生活中有相當數(shù)量的火災是由紙和包裝材料引起的，為了消除火災隱患，許多國家制定了各類防火安全法規(guī)，對紙和紙張阻燃性能的要求都在與日俱增。阻燃劑一般有兩類：一是以石棉、礦棉、玻璃纖維等無機纖維為主要成分生產(chǎn)的紙，另一類就是在紙漿中添加各類阻燃劑或經(jīng)\o"浸漬涂布"浸漬涂布制成具有阻燃效果的紙產(chǎn)品，目前后一類紙產(chǎn)品的發(fā)展較快?，F(xiàn)在用于紙阻燃的主要是磷系阻燃劑、鹵系阻燃劑、水合氧化鋁阻燃劑、硼砂物阻燃劑。磷系阻燃劑用于紙阻燃的品種比較多，最早用于造紙工業(yè)的\o"含磷阻燃劑"含磷阻燃劑是磷酸氫二銨，而目前應用普遍的是盡幾年來發(fā)展起來的一種重要的高效阻燃劑聚磷酸銨(APP)。在許多磷系阻燃劑中同時含氮元素，含氮的化合物受熱后會釋放出氮、二氧化氮、氨等氣體隔斷氧的供應，實現(xiàn)阻燃增效和協(xié)同效應的目的。新型阻燃劑的發(fā)展趨勢發(fā)展高效型阻燃劑現(xiàn)用的常規(guī)阻燃劑，阻燃效率低，用量大，從而惡化了高聚物基材愿有的優(yōu)異性能，增加高聚物燃燒或熱解時生成的煙量及有毒氣體量，增加材料的價格，并造成阻燃高聚物加工及回收方面的困難，因此尋求高效的阻燃劑系統(tǒng)是人們長期的目標。據(jù)專家們預測，具有下述特征之一的阻燃系統(tǒng)有可能成為具有發(fā)展前景的未來高效阻燃劑：能抑制凝聚相的氧化反應;具有催化阻燃作用;能發(fā)揮高效的氣相阻燃作用;能生成有效的含炭層或其它阻燃元素的防護層。下面將簡單介紹四類系統(tǒng)。第一類是催化阻燃系統(tǒng)：主要指那些在一定條件下能脫水生成強酸的化合物，它們可促進高聚物成炭從而使物質(zhì)的燃燒熱降低，材料的阻燃性大為改善，而燃燒產(chǎn)物只是無毒的水蒸氣。第二類芳香族磺酸鹽(酯)，這類對聚碳酸酯(PC)極其有效，并且用量極少。第三類凝聚相中添加\o"自由基抑制劑"自由基抑制劑，凝聚相中的表面氧化對于聚合物的高溫降解具有十分重要的作用。但大多數(shù)抗氧劑和自由基清掃劑在高聚物氧化裂解溫度下對阻燃不很有效，必須設計耐高溫的抗氧系統(tǒng)。第四類是高效氣相阻燃劑。有人認為：有些在氣相中釋放出HCl和HBr的阻燃系統(tǒng)，可能基本上只是發(fā)揮物理作用，但對反應的燃燒肯定存在一些更有效的燃燒抑制劑，如羰基鐵、四乙基鋁、二氯二氧鉻等，它們的阻燃效率至少比目前常用的SbCl3高出一個數(shù)量級。實驗表明：比現(xiàn)有阻燃系統(tǒng)效率高出一、二個百分點的氣相阻燃劑是可以找到的。(二)發(fā)展無鹵化趨勢鹵素阻燃劑因其用量少、阻燃效率高且適應性廣，已發(fā)展成為阻燃劑市場的主流產(chǎn)品，但它的發(fā)煙量大且釋放出來的HX氣體具有高腐蝕往往發(fā)生二次災害，可導致單純由火所不能引起的電路系統(tǒng)開關和其它金屬物件的腐蝕及人體呼吸道和其他器官的危害。近幾年來美國、英國、挪威、澳大利亞等已制定或頒布法令對其某些制品進行燃燒毒性實驗或限制某些制品的使用、對釋放的酸性氣體進行規(guī)定、取代鹵素阻燃劑。發(fā)展無鹵阻燃劑已成為世界阻燃領域的趨勢，美國Alcoa公司、Alcan化學公司、\o"LONZA"LONZA公司和Salenr公司不斷推出新品種，如Zerogen、Halfree、Hydrass、Magnifin系列等，國內(nèi)山東鋁廠、江蘇海水研究所、大連理工大學等對此也進行了研究開發(fā)，已研究出阻燃性能好、粒經(jīng)小、補強效果明顯的無機阻燃劑。紅磷因性能優(yōu)越、無二次公害在無鹵化趨勢中得到很快發(fā)展，英國、日本開發(fā)研制的微膠囊化紅磷已商品化，主要產(chǎn)品有英國Albright&Wilson公司的AMGARDCPC、AMGARDCRP系列，日本的RINRA系列。對于膨脹型阻燃劑,美國、意大利等發(fā)達國家已商品化，但國內(nèi)尚未商品化，其開發(fā)產(chǎn)品主要處于研制階段。(三)抑煙化和無毒氣體化趨勢發(fā)煙是聚合物燃燒的基本特征，據(jù)統(tǒng)計，火災中發(fā)生的死亡事故80%是由于建筑構件、裝飾材料等物質(zhì)熱解和燃燒所釋放的煙和有毒氣體窒息造成的。為此，世界各國都對塑料燃燒時的發(fā)煙量和有毒氣體濃度制定了嚴格的法規(guī)限制，抑煙化和無毒化已被列為阻燃技術的重點研究之一。目前采用的途徑有兩個：一是采用本身生煙量較小的聚合物;二是加入抑煙劑使材料的生煙量降低。后著對于前者而言簡便易行，經(jīng)濟實用。目前采用的抑煙劑主要以金屬氧化物、過渡金屬氧化物為主。主要產(chǎn)品有美國\o"borax"borax公司的Firebrake硼酸鋅系列、XP系列、Climax公司的MolyFR鉬酸鹽系列。我國的一些研究所也對此進行了研究，開發(fā)的復合阻燃抑煙劑FZY系列已經(jīng)上市。但目前對抑煙劑的研究還存在許多未解決的問題，對有些聚合物材料的抑煙缺乏有效實用的抑煙劑。綜上所述，美國、日本等發(fā)達國家阻燃劑工業(yè)發(fā)展很快，新的阻燃劑品種層出不窮。在我國，阻燃劑是一個新生的工業(yè)，與發(fā)達國家相比，還有一定的差距。一方面是