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消防知识:几种典型阻燃剂的阻燃机理

卤系阻燃剂包括溴系和氯系阻燃剂。卤系阻燃剂是目前世界上产量最大的有机阻燃剂之一。在卤系阻燃剂中大部分是溴系阻燃剂。工业生产的溴系阻燃剂可分为添加型、反应型及高聚物型三大类,而且品种繁多。国内外市场上现有20种以上的添加型溴系阻燃剂,10种以上的高分子型溴系阻燃剂,20种以上的反应型溴系阻燃剂。添加型的阻燃剂主要有十溴二苯醚(DBDPO)。四溴双酚A双(2,3一二烷丙基)醚(TBAB)、八溴二苯醚(OBDPO)等;反应型阻燃剂主要有四溴双酚A(TBBPA),2,4,6-三溴苯酚等;高分子型阻燃剂主要有溴化聚苯乙烯、溴化环氧、四溴双酚A碳酸酯齐聚物等。溴系阻燃剂之所以受到青睐,其主要原因是它的阻燃效率高,而且价格适中。由于C-Br键的键能较低,大部分溴系阻燃剂的分解温度在200℃-300℃,此温度范围正好也是常用聚合物的分解温度范围。所以在高聚物分解时,溴系阻燃剂也开始分解,并能捕捉高分子材料分解时的自由基,从而延缓或抑制然烧链的反应,同时释放出的HBr本身是一种难燃气体,可以覆盖在材料的表面,起到阻隔与稀释氧气浓度的作用。这类阻燃剂无不例外的与锑系(三氧化二锑或五氧化二锑)复配使用,通过协同效应使阻燃效果得到明显提高。


    卤系阻燃剂主要在气相中发挥阻燃作用。因为卤化物分解产生的卤化氢气体,是不燃性气体,有稀释效应。它的比重较大,形成一层气膜,覆盖在高分子材料固相表面,可隔绝空气和热,起覆盖效应。更为重要的是,卤化氢能抑制高分子材料燃烧的连锁反应,起清除自由基的作用。以溴化物为例,其抑制自由基连锁反应的机理如下:


    含溴阻燃剂→Br·Br·+RH→R·+HBr


    HO·+HBr=H2O+Br·高分子材料中加入的含溴阻燃剂,遇火受热发生分解反应,生成自由基Br·,它又与高分子材料反应生成溴化氢,溴化氢与活性很强的OH·自由基反应,一方面使得Br再生,一方面使得OH·自由基的浓度减少,使燃烧的连锁反应受到抑制,燃烧速度减慢,直至熄灭。


    但是当发生火灾时,由于这些材料的分解和燃烧产生大量的烟尘和有毒腐蚀性气体造成“二次灾害”,且燃烧产物(卤化物)具有很长的大气寿命,一旦进入大气很难去除,严重地污染了大气环境,破坏臭氧层。另外,多溴二苯醚阻燃的高分子材料的燃烧及裂解产物中含有有毒的多溴代二苯并二惡烷(PBDD)及多溴代二苯并呋喃(PBDF)。1994年9月,美国环境保护局评价证明了这些物质对人和动物是致毒物质。


    磷及磷化合物的阻燃机理


    磷及磷化合物很早就被用作阻燃剂使用,对它的阻燃机理研究得也较早,起初发现使用含磷阻燃剂的材料燃烧时会生成很多焦炭,并减少了可燃性挥发性物质的生产量,燃烧时阻燃材料的热失重大大降低,但阻燃材料燃烧时的烟密度比未阻燃时增加。根据上面的事实提出了一些阻燃机理。从磷化合物在不同反应区内所起阻燃作用可分为凝聚相中阻燃机理和蒸汽相中阻燃机理,有机磷系阻燃剂在凝聚相中发挥阻燃作用,其阻燃机理如下:


    在燃烧时,磷化合物分解生成磷酸的非燃性液态膜,其沸点可达300℃。


 

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