中學階段2種常見阻燃劑的性能分析

但世輝 李茂熾

摘要：分析了中學階段2種常見阻燃劑氫氧化鎂和氫氧化鋁的阻燃機理，通過理論分析和實驗數據驗證了二者阻燃效果上的差異，并闡述了造成這種差異的具體原因。

關鍵詞：阻燃劑;阻燃機理;阻燃率

文章編號：1008-0546（2021）09-0096-02

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j.issn.1008-0546.2021.09.025

阻燃劑是能夠保護材料不著火或者使火焰難以蔓延的化學物質，就其元素的組成來說，中心元素一般分布在周期表第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V、Ⅶ等主族中，比如第ⅣA族的硅元素，人教版必修1教材第四章第一節實驗4-2就介紹了水玻璃的阻燃性能[1]，其實，由第ⅡA族的鎂元素和第ⅢA族的鋁元素組成的氫氧化鎂和氫氧化鋁也是工業生產中非常重要的阻燃劑。

一、阻燃劑的阻燃機理

不管是硅酸鈉水溶液還是氫氧化鎂、氫氧化鋁，所有的無機阻燃劑的阻燃機理[2]主要有以下幾個方面：

（1）吸熱作用

阻燃劑在燃燒過程中吸收大量熱量，使燃燒溫度難以上升，從而產生阻燃效果。

（2）覆蓋作用

阻燃劑在高溫下生成穩定的覆蓋層，或分解成泡沫狀物質覆蓋到材料表面，使材料因熱分解而產生的可燃性氣體難以逸出，同時起著隔熱和隔絕空氣的作用，從而達到阻燃作用。

（3）稀釋作用

阻燃劑在燃燒時產生二氧化碳、水等不燃氣體，使材料受熱分解釋放的可燃氣體被稀釋而達到阻燃效果。

除了以上作用之外，部分阻燃劑還存在脫水碳化作用、捕捉自由基作用等，氫氧化鎂和氫氧化鋁的具體阻燃機理可用表1解釋。

二、阻燃劑阻燃效果的實驗驗證

1.制備阻燃劑

采用劉立華老師探索的方法[3]制備氫氧化鎂：取用2mol/L氯化鎂溶液2mL于試管中，采用20℃的水浴加熱，再加入2mol/L的氨水8mL，制取氫氧化鎂絮狀物，放置一段時間，去掉上層水。同樣方法，制備氫氧化鋁絮狀物。以上制備的關鍵在于確保最佳氨鎂比為4：1，加熱溫度為20℃。

2.處理木條

采用二次浸漬法[4]處理木條。為保證木條充分吸濕、浸透，將木條在沸水中加熱預處理一小時，烘干，這是對木條的第1次浸漬。將氫氧化鎂絮狀物置于80℃水浴中，放入木條二次浸漬半小時，使阻燃劑能夠更深地進入木條內部，更好地包裹在木條表面。同樣操作，用氫氧化鋁絮狀物二次浸漬另一塊外形相同的木條，最后用酒精燈外焰對木條進行加熱，實驗現象見表2。

3.實驗現象說明

實驗過程中各現象出現時間的早晚與阻燃劑制取和木材的處理有很大關系。實驗過程中產生的白霧是處于木材燃燒的第一個階段：干燥階段，主要是水分蒸發的過程[5]，表面白色物質表明阻燃劑開始分解生成氧化膜（氧化鎂、氧化鋁）。

三、2種阻燃劑的效果分析

2種阻燃劑均屬于氫氧化物阻燃劑，其阻燃機理基本一樣，主要體現在吸熱作用、覆蓋作用和稀釋作用，但在延緩燃燒效果上有較大差異。

1.阻燃率不同

阻燃率是量度阻燃物質優劣的標準，阻燃率一般用單位質量的阻燃劑吸收熱量的多少來表示，阻燃率越高表示阻燃效果越好。因此阻燃率對阻燃機理的影響主要體現在吸熱作用上。

Mg（OH）2（S）=MgO（s）+H2O（g）

△H=+81.5kJ/mol

Al（ OH）3（S）= Al2O3（s）+

H2O（g） △H=+87.7kJ/mol

由此可計算Mg（OH）2、Al（OH）3的阻燃率分別為1.4KJ/g、1.1KJ/g，很明顯，Mg（OH）2的阻燃效果更好。

2.稀釋作用

木材在燃燒過程中的第二個階段（炭化階段）大約出現在230℃～330℃，此時木材開始分解放出甲烷、乙烯、甲醇和木焦油等可燃性氣體，發生劇烈的有焰燃燒[6]。Al（OH）3的分解溫度大約為200℃，在木材釋放可燃氣體之前已經分解，分解生成的水蒸氣對可燃氣體的稀釋作用較小，而Mg（OH）2的分解溫度比Al（OH）3高出100℃，恰好在木材炭化階段分解釋放水蒸氣，可以更好地稀釋可燃性氣體，抑制火災的蔓延。

值得注意的是，工業產品中起防火作用的是防火涂料，其構成較為復雜，主要包括基料、發泡劑、成炭劑、防火填料等，阻燃劑只是用于制作防火填料，在整個防火涂料的防火功效上只起部分作用。由于氫氧化鎂阻燃劑效果更好，并且其生產原料豐富（我國是海湖鹽資源大國，西部鎂資源尤為豐富），成本低，屬于新型阻燃劑，目前發展非常迅速。

參考文獻

[1]化學課程教材研究發展中心.普通高中教科書（化學必修第一冊）[M].北京：人民教育出版社，2019：77

[2] 方志勇.木材的阻燃和防火[J].沈陽教育學院學報，2009（6）：100

[3]劉立華等.氫氧化鎂阻燃劑的制備工藝研究[J].化工科技市場，2009（6）：33

[4]但世輝，陳莉莉.水玻璃阻燃實驗的改進[J].中學化學教學參考，2011（6）：52

[5][6]武紅偉等.硅酸鹽阻燃木材的阻燃性能和熱性能研究[J].化學工程師，2010（10）：11