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浅谈膨胀型阻燃体系阻燃机理是什么

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浅谈膨胀型阻燃体系阻燃机理是什么

发布日期:2019-07-18 作者:来源于网络 点击:

膨胀型阻燃剂主要由三部分组成:炭化剂(炭源)、炭化催化剂(酸源)、膨胀剂(气源)。炭化剂为膨胀多孔炭层的炭源,一般是含碳丰富的多官能团(如—OH)物质,季戊四醇(PER)及其二缩醇、三缩醇是常用的炭化剂。炭化催化剂一般是可在加热条件下释放无机酸的化合物。无机酸要求沸点高,而氧化性不太强。聚磷酸铵(APP)为常用的炭化催化剂。膨胀剂为受热放出惰性气体的化合物,一般是铵类和酰胺类物质,如尿素、密胺、双氰胺及其衍生物。

5.1. 各组分的选择准则如下:

5.1.1. 酸源:为了具有实用性,酸源必须能够使含碳多元醇脱水。在火灾发生前,我们不希望脱水反应发生,所以常用的酸源都是盐或酯。酸源释放酸必须在较低的温度进行,尤其应低于多元醇的分解温度。如果有机部分有助于成炭,使用有机磷化物效果更好。

5。1。2。 炭源:炭源的有效性与碳含量及活性羟基的数量有关。炭源应在其本身或基体分解前的较低温度下与催化剂反应。

5.1.3. 气源:发泡剂必须在适当的温度分解,并释放出大量气体。发泡应在熔化后、固化前发生。适当的温度与体系有关。对于特定的膨胀阻燃聚合物体系,有时并不需要3个组分同时存在,有时聚合物本身可以充当其中的某一元素。使用以上准则可预测大多数体系的有效性。

膨胀型阻燃剂受热时,炭化剂在炭化催化剂作用下脱水成炭,碳化物在膨胀剂分解的气体作用下形成蓬松有孔封闭结构的炭层。一旦形成,其本身不燃,且可削弱聚合物与热源间的热传导,并阻止气体扩散。一旦燃烧得不到足够的燃料和氧气,燃烧的聚合物便会自熄。

5。2。 此炭层经历以下几步形成:

5.2.1. 在较低温度下由酸源放出能酯化多元醇和可作为脱水剂的无机酸。

5。2。2。 在稍高于释放酸的温度下,发生酯化反应,而体系中的胺则可作为酯化的催化剂。

5.2.3. 体系在酯化前或酯化过程中熔化。

5.2.4. 反应产生的水蒸汽和由气源产生的不燃性气体使熔融体系膨胀发泡。

5.2.5. 反应接近完成时,体系胶化和固化,最后形成多孔泡沫炭层。

在上面论述的基础上,看上去似乎任何含有这几种官能团的化合物都能发泡,只是发泡的程度不同,其实这是错误的。为了发泡,各步反应必须几乎同时发生,但又必须按严格的顺序进行。膨胀型阻燃剂也可能具有气相阻燃作用,因为磷-氮-碳体系遇热可能产生NO及NH3,而它们也能使自由基结合而导致燃烧链反应终止。

膨胀型阻燃体系主要成分可分为酸源、炭源、气源三个部分。酸源一般为无机酸或加热至100-250℃时生成无机酸的化合物,如磷酸、硫酸、硼酸、各种磷酸铵盐、磷酸酯和硼酸盐等;碳源(成炭剂)是形成泡沫炭化层的基础,一般为富碳的多羟基化合物,如淀粉、季戊四醇和它的二聚物、三聚物以及含有轻基的有机树脂等;气源(发泡源)多为胺或酰胺类化合物,如三聚氰胺、双氰胺、聚磷酸胺等。

膨胀体系成炭的结构复杂,影响因素众多。聚合物主体的化学结构和物理特性、膨胀阻燃剂的组成、燃烧和裂解时的条件(如温度和氧含量)、交联的反应速率等等诸多因素都会对膨胀成炭的结构产生影响。而膨胀炭层的热保护效应不仅取决于焦炭产量、炭层高度、炭层结构、保护炭层的热稳定性,也取决于炭层的化学结构,尤其是环状结构的出现增加了热稳定性,此外还有化学键的强度以及交联键的数量。

气源膨胀型阻燃体系阻燃机理普遍认为是凝聚相阻燃,首先聚磷酸胺受热分解,生成具有强脱水作用的磷酸和焦磷酸,使季戊四醇酯化,进而脱水炭化,反应形成的水蒸汽及三聚氰胺分解的氨气使炭层膨胀,最终形成一层多微孔的炭层,从而隔绝空气和热传导,保护聚合物主体,达到阻燃目的。

膨胀型阻燃剂添加到聚合物材料中,必须具备以下性质:热稳定性好,能经受聚合物加工过程中200℃以上的高温;由于热降解要释放出大量挥发性物质,并形成残渣,因而该过程不应对膨胀发泡过程产生不良影响;该类阻燃剂系均匀分布在聚合物中,在材料燃烧时能形成一层完全覆盖在材料表面的膨胀炭质;阻燃剂必须与被阻燃高聚物有良好的相容性,不能与高聚物和添加剂发生不良作用,不能过多恶化材料的物理、机械性能。膨胀型阻燃剂优于一般的阻燃剂之处在于无卤、无氧化锑:低烟、少毒、无腐蚀性气体;膨胀阻燃剂生成的炭层可以吸附熔融着火的聚合物,防止其滴落传播火灾。

RENPRENE KA00系列无卤阻燃TPE,采用的阻燃剂主要是基于以上的机理。

浅谈膨胀型阻燃体系阻燃机理是什么

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