高分子材料阻燃技術運用與發展探究

魏平(威遠鳳凰高新材料有限責任公司，四川 威遠 642452)

0 引言

現代人們生產以及生活過程中均伴隨著大量高分子材料的支持，包括纖維、橡膠以及塑料等均是常見的高分子材料[1]。可以認為，高分子材料已然成為現代經濟建設以及科技發展的重要基礎。但也不可否認，此類材料也存在著一定的缺陷，即可燃、易燃特性很有可能誘發火災等事故[2]。為提升其耐燃特性，近些年業內展開了大量相關研究[3]。時至今日，已然出現了多種面向高分子材料的阻燃新技術，且都取得了較好的效果。因此有必要就有關技術展開討論。

1 高分子材料阻燃原理分析

眾所周知，高分子材料在高溫受熱的情況下，會進一步產生并揮發出各種可燃物質，一旦此類可燃物質的難度以及溫度達到基本要求情況下，則可能誘發燃燒行為[4]。因此，通常將整個高分子材料的燃燒行為劃分成熱氧降解以及燃燒兩個步驟，這之中包含了導熱、高分子材料與凝聚相的熱氧降解、產物于固相和氣相內的擴散、同空氣等混合而來的氧化反應場以及氣相內的鏈式燃燒反應等諸多流程[5]。一旦高分子材料熱源的熱度可以使得其進行降解以及所得到的降解物濃度達到某一參量情況下，此外系統被進一步加熱至點燃溫度之后，燃燒隨即被觸發。同時已然為點燃了的高分子原料能否持續性的進行燃燒，則是由燃燒期間的熱量平衡性所決定的。綜合整個的燃燒機理而言，阻燃的核心即為基于減緩以及組織這之中的單個以及多個要素的達成。典型的包含6個層面，依次是提升原料的熱穩定表現、建立起阻燃保護膜、對游離基進行有效搜集、降低熱量、建立起重質氣體阻隔膜、對氧氣進行充分稀釋以及可燃氣體削弱。現階段，最為典型以及常見的辦法主要為通過冷卻、稀釋等方式構建起隔離膜的物力渠道以及種植自由基的化學渠道完成。常規的阻燃原理為氣相阻燃、凝聚相和隔離熱交換等形式。實際燃燒以及阻燃的這個流程較為繁瑣復雜，潛在的影響要素有比較多。把一類阻燃系統等阻燃機理詳細的歸類為某一種存在一定的難度，某種阻燃系統往往包含了多種阻燃機理的共同作用。

2 高分子阻燃劑分類與技術

絕大多數的高分子材料均是典型的可燃或者易燃物質，在空氣環境中進一步受熱的情況下會被進一步的分解為具有一定揮發特性的可燃物質，如若系統溫度以及可燃物等的濃度不斷攀升期間，則會導致燃燒情況。故而，實際應用過程中，人們對于高分子材料的阻燃特性有著一定的要求。阻燃劑是目前比較杜建的用于轉變高分子材料燃燒特性的有效助劑，能夠將之前處于可燃以及易燃等的原料使其存在耐燃特性、消煙特性以及自熄特性，一定程度上有助于火災等問題的出現，更符合現代人們工作以及生活實際需要。隨著近些年，相關技術的不斷深入與發展，高分子材料阻燃技術已然實現了較好的突破。相關技術大致包含下述幾個方面：

2.1 微膠囊技術

該技術主要把阻燃劑等按照微利狀態以及微液狀態等形式，利用人工合成技術以及天然無聚合原料等，于其機體的表層構建起惰性的保護層，從而實現較好的保護以及阻燃特性。以三聚氰胺-甲醛樹脂膠囊為例，其主要把聚磷酸銨粒子進行徹底的包裹，實踐數據反映，隨著微膠囊用量的不斷攀升，阻燃原料的極限氧指數也會隨之提升，如若微膠囊的質量分數潘升至百分之三十情況下，則阻燃原料能夠實現FV-0的最高燃燒級別，此外就抑制煙氣等的產生方面也有著較好的表現。基于微膠囊技術，同時也可以把部分毒性較高的阻燃劑轉換為微毒或是無毒的狀態，以更好的適用于各種使用場合。此之外，將微膠囊果腹多個不同形式的阻燃試劑，也能夠實現多樣性的阻燃功用。

2.2 納米技術

綜合分析傳統形式的阻燃劑技術，往往在價格方面、力學特性方面和環境友好性建設方面均存在一定的不足。而納米技術的出現則成為阻燃劑技術發展的又一個重要轉折點，其不單單降低了對于原料等的使用量方面訴求，同時在安全特性以及使用效能等方面也有了極大的提升與改善，很好地規避了可能對于環境帶來的負面影響。

以Phoenix為例，此為歐洲地區多個國家聯合倡導的合作技術，主要依賴于納米技術形式，得到各種納米顆粒并將其和多個無鹵原料等形成高度融合，以此來取代以往形式的無鹵阻燃技術形式，大大減少了聚合物阻燃劑等的用量，且同時提升了阻燃劑的功效。另外，以汽車行業為例尼龍/層狀硅酸鹽納米原料是較為常見的汽車阻燃劑形式，該試劑的使用無疑大大提升了整個商品的熱穩定效果以及硬度表現。

除此之外，聚合物無機物納米復合原料在阻燃方面也表現出了一定的優勢性，因此在包括輪胎、飛機以及電氣電子領域等均有著廣泛的應用。

2.3 交聯和接枝改性技術

現階段，該技術已然成為高分子材料阻燃技術的研究熱點，同時也是應用最為普遍的技術之一。這之中輻射交聯往往可以實現在未有引發劑以及催化劑的作用下，常溫條件下即可進行反應工作，而且也不會對生態環境等帶來任何的負面影響。聚合物交聯不單單可以就整個的高分子材料結構以及性能進行改變，同時也大幅度的提升了高分子材料可適用性。上世紀九十年代中葉，膨脹阻燃技術逐漸進入公眾視野，其主要特性為燃燒期間原料的表層會存在寶寶的碳質泡沫層，從而起到較好的控煙、隔熱以及隔氧的作用，在整個的燃燒期間也不會出現腐蝕性以及其他有毒氣體形式，煙量也不高。近些年，膨脹阻燃技術的研發已然成為行業關注的重點，相關技術也主要集中于防火涂料、橡膠等的原料與制品內。以Exolit IER-11膨脹性阻燃劑為例，其主要被用于阻燃PE、PP以及彈性體等場合，如若阻燃劑使用量處于25%～30%，則氧化指數等于30，即實現了UL94V-0的燃燒級別，和未有開展任何阻燃技術支持的原料對比，密度提升了10%～15%。

3 發展趨勢分析

作為新興行業之一，阻燃劑技術無疑在未來有著極為廣闊的應用市場，磷系等阻燃技術的地位依舊會比較高，但隨著對于該方面的研究不斷深入，環保理念等的逐漸完善和提升，阻燃劑產品架構業已實現了巨大的調整和提升，此外多應用、環保的新型阻燃劑的探究與研發也是未來的發展主流[6]。

第一，多用途的阻燃劑將會受到更多的青睞與支持，并會逐漸成為未來研究的核心關鍵。隨著科技等的進步與發展，已有的阻燃劑顯然有何較高的改進與完善可能，可以就目前的部分阻燃劑進行復配，從而提升其原有特性，在控煙以及阻燃方面具有更好的表現，另外也包含了其他方面的特殊作用，成為具有多用途的阻燃形式。典型的包括帶有抗靜電特性的阻燃劑，能夠進行復配，提升抗輻射以及耐熱等作用。再比如多用途的纖維制品，不單單保留了纖維的基本特性，同時在無毒、控煙以及不熔融低落等方面也有著較好的表現，由此提升耐燃以及隔熱的功效，大大提高了高分子材料安全性以及應用特性，延伸了應用范圍。

第二，生態環保的阻燃技術將成為研究的重要內容之一。近些年，隨著生產以及生活等的逐步趨于復雜性，對于阻燃劑等的使用需要也在不斷的增加，產品技術更迭與研發、防火訴求等也在不斷的提升。隨著人們環保理念的不斷提高，性價比、安全性等更具優勢的阻燃劑無疑會受到更多的消費者的青睞與支持。若想要更多的贏得市場認可，單一性的提升適用性以及安全性勢必處在不足，同時也應當更為積極的關注與研究阻燃原料等的綠色性和可持續性等方面的表現。社會大眾逐漸開始強調低煙以及無毒、沒有污染等的阻燃試劑的運用，向著更為環保以及節能等方向發展。典型的一些歐美國家逐漸開始更多的考量環保特性，從而限制了部分環境污染較高的阻燃劑使用。美國強調低鹵電纜包覆層技術的推廣使用；日本則對于部分電纜燃燒期間可能產生酸性氣體等情況進行了嚴令禁止使用等等。

總而言之，阻燃劑為提升高分子原料阻燃特性的關鍵助劑，隨著相關合成技術以及加工技術等的不斷深入與發展，阻燃劑研發已然取得了重大發展。就科技創新而言，隨著人們環保理念的不斷提升，復配型、生態型的阻燃劑逐漸受到更多市場的支持。為進一步提升市場的競爭優勢，各個國家也在逐步的強調對于低煙、無毒以及生態環保等多方面的阻燃劑的使用。更為高效能、低毒性以及環保業已成為該行業未來研究的重要方向，有著較好的市場前景。

4 結語

高分子材料已然在人們生活以及工作等各個方面發揮著越來越多的作用。相比于傳統材料使用方面的不足，高分子材料的適用范圍更廣，應用特性也比較好，故而受到了廣大用戶的青睞。但易燃、可燃則是高分子材料普遍存在的特點，如若不對該問題進行深入研究和分析無疑不利于整個的高分子材料技術的發展。而包括微膠囊技術、納米技術以及改性技術等均為目前較為常見的高分子材料阻燃技術形式。不同的技術有著不同的應用優勢。

未來，隨著技術研究不斷深入以及市場對于高分子材料阻燃訴求不斷提升，相信會出現更多的前沿高分子材料阻燃技術形式，切實保證高分子材料可靠、安全使用，并未整個行業的可持續發展奠定重要基礎。