摘要:高分子材料是生产生活中使用频率较高的一种材料。特别是近年来,随着我国对防火安全问题的重视,高分子材料的阻燃问题得到进一步发展。探究高分子材料的阻燃技术对于拓宽高分子材料的使用领域,保障高分子材料安全具有重要的推动作用。主要对高分子材料的阻燃技术进行了探析。
关键词:高分子;材料;阻燃技术
中图分类号:TU545 文献标识码:A
1 引言
现代人们生产以及生活过程中均伴随着大量高分子材料的支持,包括纤维、橡胶以及塑料等均是常见的高分子材料。可以认为,高分子材料已然成为现代经济建设以及科技发展的重要基础。但也不可否认,此类材料也存在着一定的缺陷,即可燃、易燃特性很有可能诱发火灾等事故。为提升其耐燃特性,近些年业内展开了大量相关研究。时至今日,已然出现了多种面向高分子材料的阻燃新技术,且都取得了较好的效果。因此有必要就有关技术展开讨论。
2 高分子材料阻燃技术依据
想要阻止高分子材料进行燃烧,我们主要可以从预防和后期反应处理两个方向进行阻燃。首先是从根本上,严格把控高分子材料的使用和设置位置。从源头上就抑制了高分子材料与其他物质发生化学反应从而被点燃的可能性。第二种是在高分子材料依然出现了快要燃烧的现象,反应产出了一些会引发下一步爆炸的物质时,利用添加其他能够与其反应的物质也就是阻燃剂,来让燃烧无法进一步进行。还有一种是不加入阻燃剂来让新生成物质无法进一步反应,而是通过物理阻燃技术来减缓高分子材料与其他物质发生的剧烈反应。说到根本,我们对高分子材料进行阻燃的目的还是在于要在能够便利科学技术发展的同时不破换生态环境,让国内技术的发展不是靠牺牲自然环境来获得的。
3 高分子材料阻燃剂的分类
3.1 卤系阻燃剂
卤系阻燃剂是目前世界上产量最大的有机阻燃剂之一,添加量少、阻燃效果显著。卤系阻燃剂阻燃机理比较清楚,但其阻燃的同时,也带来了一些严重的问题,放出大量的有毒气体(如HCI,HBr等),卤化氢气体易吸收空气中的水分形成氢卤酸,具有很强的腐蚀作用,并产生大量的烟雾。因此,开发新的无卤、具多方效能的新一代高效阻燃剂便成为一大课题。
3.2 磷系阻燃剂
有机磷系阻燃剂包括磷酸酯、亚磷酸酯、有机盐类、氧化膦、含磷多元醇及磷氮化合物等,但应用最广的是含卤磷酸酯。有机磷系阻燃剂主要在火灾初期的高分子材料分解阶段起作用。
3.3 无机阻燃剂
无机阻燃剂的阻燃作用主要是通过比容大的填料的蓄热和导热使材料达不到分解温度,或通过阻燃剂受热分解吸热使材料温升减缓或终止来实现。其阻燃机理是在受热时释放出结晶水,蒸发、分解并放出水蒸汽,此反应吸收大量燃烧热,降低了材料的表面温度,使高分子材料的热分解和燃烧率大大降低;分解时产生的大量水蒸汽稀释了可燃性气体的浓度也起到阻燃作用,并有一定冷却作用;热解生成的氧化镁、氧化铝等产物与燃烧时塑料表面的炭化产物结合生成保护膜,即可切断热能和氧的入侵又可阻止小分子的可燃性气体逸出,亦达到阻燃效果。
3.4 含硅阻燃剂
有机硅阻燃剂是一种新型的无卤阻燃剂,也是一种成炭抑烟剂,包括硅烷共聚物和硅树脂。研究发现在高分子材料中加入有机硅阻燃剂,能促进炭层的形成,降低聚合物的燃烧性。
3.5 氧化锑阻燃剂
氧化锑化合物品种有三氧化二锑(Sb2O3)、五氧化二锑、锑酸钠等。可单独使用亦可复合使用,与卤系阻燃剂等具有协同效应和抑烟效果。粒子愈细愈可使阻燃性能得到改进。
3.6 本质阻燃高分子材料
本质阻燃高分子材料指那些由于具有特殊的化学结构而使自身具有阻燃性的高分子材料,它们不需要改性就具有耐高温、抗氧化、不易燃等特点。但在现阶段,此类化合物或者价格高昂,或者制造及加工工艺复杂,其应用相当有限,但它们代表了阻燃高分子材料的一个发展方向。
4 高分子材料中阻燃技术的具体应用
4.1 微胶囊技术
微胶囊化一般是指将物质包裹于数微米至数百微米的微小容器中,从而起到保护和控制释放等作用。目前,将无机或有机的阻燃剂进行微胶囊化的研究正处于阻燃剂新技术的热点,并已从研制阶段进入实用阶段。囊材主要有两类;(1)天然高分子材料,如动物胶、各种蛋白质、淀粉、纤维素等。(2)人工合成的高分子,如聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚酰胺、聚酯、环氧树脂等。囊材不与包裹的阻燃剂发生化学反应,当制品一旦遇火受高热时,囊壁立即熔融破裂,从而释放出阻燃剂。阻燃剂微胶囊的大小、囊壁的厚度、强度以及阻燃剂的释放度等物理性质均会影响阻燃剂的阻燃效果。微胶囊化在改善阻燃剂的形态、效能以及减少环境污染等方面都有所作用。
4.2 纳米复合技术
纳米技术是在许多年前就已然在国内兴起的一种技术,现目前已经大面积的投入各行业使用,并深入到了人民的日常生活中。在对高分子材料进行阻燃设计的时候,我们同样可以使用纳米技术。具体操作体现为,在高分子材料原有的结构中加入纳米结构,从而对高分子材料原本的构造做出一些改变,从而较好的阻止了高分子材料进行燃烧。这种纳米复合阻燃剂也大体分为了两种,一种是有机高分子纳米复合阻燃材料,另外一种是无机化合物纳米复合阻燃材料。虽然两种材料从阻燃原理以及实施方法来看都有所不同,但在实际的应用中都能够十分有效的阻止高分子材料产生不利于应用的各类反应。
4.3 共聚、交联与接枝技术
共聚、交联与接枝技术由于其原理都是利用化学反应来进行,所以我们也可以把这一系列的技术统称为化学反应阻燃技术。我们知道,物质的都是有一系列的原子通过不同化学键的连接组成的一个庞大而复杂的系统,其中,一个小小原子的不同或是一条化学键的改变就极有可能会是物质的性质发生改变,于是我们提出了,利用替换掉高分子材料中的某一条侧链的形式来改变高分子材料易燃易爆的性质。这样的改变所需要的化学知识以及硬件设备都做出了极大的要求,但是在实际的应用中却体现出了很好的效果。交联阻燃技术主要利用的是放射线来对高分子材料进行一段时间的辐射,让高分子材料内部发生人为不能实现的内部改变,从而改善高分子材料易燃易爆的性质。但是由于放射线本身就具有一定的危险性以及不受控制性,只有耗费大量的时间、精力以及原材料来进行实验,并在一次成功后小范围的进行应用确保这项技术的稳定性后方可投入使用。在不断的试验中我们也发现,当聚合物在交联、共聚等技术的试用下发生结构上的改变,可以应用于高分子材料的改善的同时,我们也可以将其应用在更加广阔的方面,在其他技术领域中也做出一定的贡献。
5 结束语
随着我国经济的快速发展,高分子材料已经在我国的各行各业中广泛地被应用。随着高分子材料在生活中的进一步普及,人们对高分子材料易燃性和可燃性的威胁给予了足够的重视,只有消除高分子材料容易燃烧的隐患,才可以保障人们的生命安全。
参考文献:
[1] 孟庆辉.关于高分子材料阻燃技术的探析[J].信息记录材料,2019,20(11):34-35.
[2] 李中诚.磷氮阻燃剂的合成及其阻燃PA6复合材料的应用研究[D].长春工业大学,2019.
[3] 王远航.新型膨胀阻燃涂层的制备及在聚丙烯上的应用[D].太原理工大学,2018.
[4] 薛杨.关于高分子材料阻燃技术的探析[J].化工管理,2017(08):187.
[5] 唐林川.高分子材料阻燃技术的研究[J].化工设计通讯,2016,42(05):81-82.