關于高分子材料阻燃技術的探析

薛楊(湖北工程學院，湖北 孝感 432000)

關于高分子材料阻燃技術的探析

薛楊(湖北工程學院，湖北 孝感 432000)

高分子材料具有很強的易燃可燃性，阻燃技術始終是高分子材料應用過程聽關鍵環節。當前阻燃技術主要是通過阻燃劑與阻燃技術相結合實現的。納米技術、微膠囊技術、化學反應技術以及膨脹技術是主要的阻燃技術。

高分子材料；阻燃技術；阻燃劑；聚合物

高分子材料是由高分子化合物使用合理的助劑后形成的新材料，從分類上說，主要包括橡膠、纖維、涂料、塑料以及膠黏劑五種。高分子材料中包含的碳氫結構，易燃性可燃性較強，使高分子材料也具有易燃性，并且在燃燒時會產生大量熱量，火焰也會很快傳播，且不易熄滅。在燃燒過程中還可能釋放濃煙或者大量有毒氣體，威脅性較大。因此，高分子材料阻燃技術的研究始終是其重要方向。高分子材料在空氣中經過受熱后，會出現分解，在分解物中包含有一些揮發性較高的可燃物，這些可燃物濃度經過積累后，就會使整個物質溫度符合燃燒條件，從而發生燃燒現象。具體過程為：受熱軟件化-大分子鏈斷裂與解聚-再受熱分解出現汽、液、固體以及顆粒-分解出的可燃性氣體和空氣中氧氣混合后出現反應進一步釋放光與熱-釋放的熱量推高材料溫度與氧氣持續接觸就會持續燃燒。

1 高分子材料阻燃原理

高分子材料的阻燃主要是采取措施減緩或阻止其中會引起燃燒的一些要素來完成。主要采取兩種方式，一種是添加阻燃劑，一種是通過阻燃技術。當前阻燃技術的發展趨勢是將兩者相結合，通過改變阻燃劑形態、包裹方式等技術使阻燃技術不斷向高效率、低污染方向發展。

2 高分子材料阻燃技術

2.1 納米技術

納米復合技術主要是通過在高分子材料中添加納米尺度結構，對于高分子材料內部結構能起到較好的破壞作用，并起到一些阻燃作用。當前主要使用的納米阻燃技術是由納米阻燃添加劑，這種添加劑是添加了層狀硅酸監、石墨、層狀雙羥基氫氧化物以及碳納米管等材料的納米復合材料，這種材料中只需要添加少量的層狀硅酸鹽等材料就能夠保持高熱穩定性，安全性能以及阻燃效果都很高。將納米技術和無鹵材料相結合后制成的阻燃劑，相較于無鹵阻燃劑，能夠有效降低聚合物阻燃劑的使用量，效果更好。隨著納米技術和材料技術的新發展，當前，將納米技術與PS以及OMMT（有機蒙脫土）材料進行有機結合后，能夠提高PS（聚苯乙烯）阻燃效果。將PS和OMMT比例在2%，就能夠使這種納米復合材料保持極高的熱穩定性，質量損失10%時溫度可以降低7.8℃，質量損失50%時溫度可以降低5.2℃，在500%的熱分解殘炭率狀況下，熱釋放速度在峰值上能夠降低21%，再加入OMMT后，還能夠持續減少熱釋放速率。因此，將PS、OMMT材料按照一定的比例與納米技術相結合制成納米復合阻燃劑時，能夠極大降低放熱速率，熱反饋作用也得到降低，從而使火焰擴散受到阻礙，火災概率也大幅降低。PS/OMMT復合材料在熔體的黏度止升后，能夠進一步減緩可燃物擴散速度，使可燃物與燃燒區域之間的燃料供給路線被切斷，進一步提高阻燃性能。CNT（碳納米管）復合材料也是一種阻燃效果極強的技術，加入0.5%的材料就能夠使放熱速率峰值降低60%，放熱速率呈極為緩慢的曲線狀態，燃燒時間提高到290s，從而大幅減緩燃燒速度。納米阻燃技術當前廣泛應用于汽車制造業等行業。

2.2 微膠囊技術

阻燃劑微膠囊化是當前使用的主要阻燃劑技術之一。在以微米計量的微小容器中，把無機阻燃劑或者有機阻燃劑包裹到進去，實現阻燃劑微膠囊化。在容器材料的選擇上，一種是蛋白質、纖維素以及動物膠等天然高分子材料，一種是聚苯乙烯、聚酯以及聚乙乙烯等人工高分子材料。這種膠囊材料不會和阻燃劑產生化學反應，在物品出現高熱反應時，囊壁就會因溶融出現破裂，阻燃劑被釋放。這種技術的重要環節在于對各種影響阻燃效果因素的控制，如微膠囊大小、囊壁厚度以及強度和阻燃劑釋放的速度等。微膠囊技術在阻燃劑形態和效能的改善以及環境保護等方面能夠產生更好的效果。

2.3 化學反應技術

化學反應阻燃技術主要是通過共聚、交聯與接枝等技術實現的。這種技術通過相應的化學反應就能夠在高分子材料的分子主鏈或側鏈中引入阻燃元素或基體，用阻燃性能高分子材料替代易燃可燃性質的高分子材料。輻射交聯作為當前使用較多的一種技術，就是通過射線對高分子材料進行輻射，材料內部分子鏈就會出現交匯現象，進而減少了燃燒熔融滴落問題，高分子材料能夠提高成炭概率，從而達到阻燃效果。普通聚苯乙烯經過交聯后，就能夠大幅降低燃燒速度，并且不會再有熔融滴落問題，表面會結成濃度很高的炭層，將內部塑料包裹。這種技術不需要引發劑或者催化劑，常溫下就能夠出現化學反應，不會引起污染問題。聚合物通過交聯，不僅在結構和性能上出現了改變，應用范圍也不斷拓寬，進而推動了新阻燃技術的出現。

2.4 膨脹技術

膨脹技術是由化學反應技術發展而來。這種技術是通過炭化劑、發泡劑以及炭化促進劑等成分使聚合物在受熱過程中，在表面產生一層炭層進而隔絕高熱、氧氣和濃煙，防止熔融滴落問題出現。這種阻燃技術正不斷向少煙和低毒方向發展，不斷應用于涂料業、船舶工業、裝飾材料以及電纜外片等各種領域，成為一種應用廣泛的耐火涂層。

3 結語

當前高分子材料阻燃技術不斷發展，將阻燃劑結合后，又形成了各種新的阻燃技術。在實際應用中，可以結合材料的阻燃性、加工性能、力學性能和外觀等因素，在充分考慮到環保因素的基礎上，制備更科學、高效的阻燃材料。

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