高分子材料阻燃技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展探析

高帆(廣東 廣州 510660)

前言：高分子材料在各領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)的使用情況良好，目前，我國因高分子材料阻燃性能不高造成的火災(zāi)事故頻繁，直接造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大。所以現(xiàn)階段，如何通過降低高分子材料的可燃性，增加其阻燃性能是消防工作順利開展面臨的巨大挑戰(zhàn)。

一、高分子材料相關(guān)理論簡述

1.燃燒機(jī)理

高分子材料受到熱量影響，其化學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生很大的改變，揮發(fā)分解出大量可燃性物質(zhì)。同時(shí)，高分子材料在燃燒過程中極易受熱分解，分解產(chǎn)物在氣相和固相環(huán)境中快速分解。如果燃燒沒有遵循熱平衡原理，則高分子會(huì)隨著產(chǎn)生熱量與燃燒總熱量的關(guān)系變化而發(fā)生性質(zhì)改變。

2.阻燃原理

阻燃技術(shù)主要是針對高分子材料的燃燒機(jī)理研發(fā)出來的應(yīng)用技術(shù)，高分子材料要想穩(wěn)定燃燒，必須具備熱穩(wěn)定性、可燃性，能夠?qū)⒅刭|(zhì)的氣體或物質(zhì)進(jìn)行隔離。阻燃技術(shù)就是通過對材料進(jìn)行冷卻、稀釋實(shí)現(xiàn)阻燃目的的。從化學(xué)角度講，高分子材料的燃燒與阻燃過程非常復(fù)雜，其阻燃體系會(huì)同時(shí)兼顧多種材料化學(xué)性質(zhì)。

二、高分子阻燃技術(shù)應(yīng)用

1.阻燃劑

阻燃劑可以有效提高高分子材料的抗燃性，并且還能抑制火焰的傳播速度，作為主要的燃燒阻劑，阻燃劑中的高分子結(jié)構(gòu)有兩大類，一種是反應(yīng)型、一種是添加型。兩種類型的高分子結(jié)構(gòu)以其分子分散形式進(jìn)行區(qū)分，具體內(nèi)容如下：

(1)反應(yīng)型

熱塑性高分子與阻燃劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，其分子結(jié)構(gòu)的固熱性會(huì)受到嚴(yán)重干擾，阻燃元素中磷系、氮系、銻系、鋁-鎂系、無機(jī)磷系等結(jié)構(gòu)都會(huì)阻隔分子結(jié)構(gòu)之間的熱量傳輸。

(2)添加型

添加型阻燃劑主要利用催化劑對高分子阻燃結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱量轉(zhuǎn)化處理，含溴、氯的阻燃劑是典型的添加阻燃劑，其阻燃效果要高于反應(yīng)型阻燃劑。同時(shí)，由于阻燃劑在阻燃過程中會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，所以阻燃劑中還應(yīng)增加相應(yīng)的氣體吸附能力，應(yīng)用磷酸酯、有機(jī)鹽、多元醇、磷氮化合物等物質(zhì)提高阻燃劑的安全系數(shù)。

2.阻燃技術(shù)

在消防防火中，阻燃技術(shù)的應(yīng)用水平最高，阻燃劑是阻燃技術(shù)有效落實(shí)的主要載體，由上文分析可知，阻燃劑的高分子結(jié)構(gòu)組成和改變對其阻燃性能的影響很大，阻燃技術(shù)也是利用阻燃劑的化學(xué)功能對其分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變的。所以阻燃技術(shù)必須在促進(jìn)高分子材料脫水碳化的同時(shí)，不產(chǎn)生多余的有毒氣體和可燃性氣體。

(1)碳膜

由于阻燃劑在高溫條件下比較容易分解，所以在對阻燃劑進(jìn)行技術(shù)改革時(shí)，應(yīng)圍繞其分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行深入研究。阻燃劑與可燃材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生一層碳化膜，這個(gè)碳膜會(huì)阻隔材料與外界環(huán)境接觸，并且還能夠有效阻隔空氣，提高阻燃劑的阻燃性能。

(2)無機(jī)阻燃技術(shù)

無機(jī)阻燃技術(shù)體現(xiàn)了阻燃劑的蓄熱和導(dǎo)熱功能，高分子材料在燃燒過程中，其分子結(jié)構(gòu)會(huì)根據(jù)其蓄熱和導(dǎo)熱情況發(fā)生周期性變化，當(dāng)蓄熱和導(dǎo)熱量過大時(shí)，其分子結(jié)構(gòu)會(huì)被嚴(yán)重破壞，無機(jī)阻燃技術(shù)可以將多余的熱量進(jìn)行循環(huán)吸收，并同時(shí)加大阻燃劑的受熱面積，以分解，吸收形式將熱量轉(zhuǎn)送到安全位置。其阻燃原理表現(xiàn)在阻燃劑受熱產(chǎn)生大量具有吸熱能力的水晶體，水晶體遇熱蒸發(fā)會(huì)轉(zhuǎn)化掉一大部分熱量，高分子材料受熱降低，其高分子結(jié)構(gòu)的熱分解速度也會(huì)大幅度降低。

三、阻燃技術(shù)應(yīng)用發(fā)展展望

目前，我國消防部門對阻燃技術(shù)的研究力度正逐漸加大，其技術(shù)應(yīng)用價(jià)值也在穩(wěn)步上升。阻燃技術(shù)由傳統(tǒng)的物理性質(zhì)阻燃、到化學(xué)反應(yīng)融合阻燃、再到無機(jī)阻燃，其發(fā)展過程復(fù)雜，相關(guān)改革性內(nèi)容能夠充分體現(xiàn)出高分子材料的結(jié)構(gòu)變化。微膠囊技術(shù)、納米技術(shù)、有機(jī)技術(shù)的阻燃功能性非常高，無論是在阻燃性能還是在阻燃效果上都具有顯著療效，復(fù)合型材料的應(yīng)用為阻燃技術(shù)研究和發(fā)展提出了重要的改革發(fā)展方向，今后幾年，阻燃技術(shù)必須以豐富阻燃形態(tài)、提高阻燃效能、減少阻燃環(huán)境污染為發(fā)展目的，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)接枝和交聯(lián)的分子材料功能化轉(zhuǎn)變。

結(jié)論：通過上文對阻燃技術(shù)與阻燃劑進(jìn)行系統(tǒng)分析可知，阻燃技術(shù)的發(fā)展增強(qiáng)了高分子材料的阻燃功能。阻燃技術(shù)的研發(fā)與阻燃劑的分類發(fā)展也標(biāo)志著我國材料工程的組合結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生翻天覆地的變化。通過接枝共聚以提高聚合物的熱穩(wěn)定性及阻燃性多系凝聚相阻燃模式，即可以借助技術(shù)研究來實(shí)現(xiàn)，也可以通過改善聚合物的阻燃性來實(shí)現(xiàn)。

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