高分子材料的阻燃技术探析

2014-08-15李备战连云港海水化工有限公司江苏222046

化工管理 2014年23期

李备战(连云港海水化工有限公司江苏 222046)

一、前言

高分子材料在我国工业生产中被广泛的运用，同时，人们日常生活中，很多阻燃材料也属于高分子材料的范畴，近年来，我国消防监管愈加严格，对火灾预防也更加重视，因此，分析高分子材料的阻燃技术也显得格外的重要。

二、高分子材料阻燃机理

目前，高分子材料在阻燃行业运用的过程中，主要采用添加型方法，很少采用反应型方法，因此添加剂在阻燃材料中的使用更加广泛，甚至决定了阻燃材料性能的好坏，到目前为止，阻燃材料研究的重点依然是对添加剂的研究问题，好的添加剂犹如化学反应的酶，能够加快化学反应速率。

由于高分子材料遇到明火点燃之后，会发生剧烈的氧化反应，在燃烧的过程中，会释放很多的羟基，由于羟基非常活泼，且和其他的物质很容易结合，结合之后出现的产物是水和其他的有机物。而其他的有机物和氧气进一步的结合会发生进一步的分解反应，又会形成新的有机物，在这种循环反应中，燃烧会一直持续，以上这就是高分子阻燃剂阻燃过程中的机理。

三、高分子材料的阻燃技术

1.PS/OMMT纳米复合阻燃技术

随着纳米技术的不断推广，高分子材料的阻燃技术有了新的发展。目前，已经有技术研究表明，如果在高分子材料基体中加入纳米尺度结构，就能够有效的破坏高分子材料的内部结构，从而起到一定的阻燃效果。

目前，已经开始被使用于有机高分子/无机化合物纳米复合阻燃材料中纳米添加剂包括了层状硅酸盐、层状双羟基氢氧化物、石墨、碳纳米管（CNT）等等等。通过深入的研究发现，如果能够合理的添加PS以及有机蒙脱土（OMMT），并融合制备的PS/OMMT复合材料属于一种插层型纳米复合材料。这种复合材料和单纯的PS进行比较后发现，如果能够适当的添加有机黏土，那么，PS的阻燃效果会显著提升。此外，在配制方面，如果PS和OMMT的比例达到了100/2，那么这该PS/OMMT复合材料的热稳定性会有一个质的提升。研究发现，该比例下的复合材料在燃烧的情况下，质量损失10%和50%的温度几乎可以减少7.8℃和5.2℃，如果热分解残炭率达到了500%，那么其可以提升2.6%，极限氧指数提升了约为1.4%，热释放速率峰值（RPHRR）能够减少21%。如果加入2、6、15份OMMT，PS/OMMT复合材料的RPHRR几乎能够分别提升到855、619.4、356.3KW/m2，和单纯的PS相比较后发现，它分别减少了21%、44.7%和68.2%。从试验的分析可以得出结论，即合理的加入了OMMT之后，PS燃烧过程中的放热速率急剧下降，这就有效的避免了一部分的热反馈作用，在很大程度上阻碍了火焰的扩散，降低了发生火灾的概率。PS/OMMT复合材料熔体黏度提升之后，进一步的降低了可燃小分子化合物向燃烧区域扩散的速度，有效切断了一部分的燃料供给。以上两种因素的作用下，复合材料的阻燃性能显著提升。

2.CNT材料阻燃技术

近年来，有研究显示，单壁碳纳米管（SWCNT）存在于聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）结构里的结构形态可以对PMMA/SWCMT纳米复合材料的阻燃效果有不同程度的影响。由下图的1（a）可以看出，SWCNT的分散情况可以对复合材料的阻燃效果产生非常巨大的影响。SWCNT在PMMA结构内分散比较匀称的会后，引入0.5%的SWCMT就能够令复合材料的RPHRR减少60%之多，热释放速率曲线开始变得的柔缓，燃烧时间能够提升至290s，燃烧的速度非常的缓慢。此外，SWCNT也可以对PMMA/SWCMT纳米复合材料的阻燃效果也会有很巨大的影响。

3.化学反应阻燃

采用共聚、交联、接枝等形式的化学反应也可以有效的将阻燃元素以及基团引进高分子材料分子主链，或者侧链中，进而把易燃、可燃高分子材料进一步的变换成能够有阻燃效果的高分子材料。辐射交联技术的使用也能够生产出一种本质阻燃高分子材料。其原理是，利用γ射线来辐射高分子材料，进而促使高分子材料的分子链产生交汇，出现交汇之后，高分子材料燃烧时的熔融滴落的情况就会大大降低，使得高分子材料逐步成炭，进而有效提升了高分子材料的阻燃效果。

例如，一般的线形聚苯乙烯（PS）的极限氧指数大约只能够达到17.5%，如果暴露在空气中进行点燃，很容易就大面积的燃烧，熔融滴落的情况非常的严重，基本没有任何的成碳情况出现，而且出现了很多的浓黑烟。但是，如果将苯乙烯（ST）单体和交联剂二乙烯基苯（DVB）根据比例ST：DVB＝100:3（质量比）混合之后进行共聚，进而能够出现交联的PS的极限氧指数是18%，PS的水平燃烧速率从36mm/min降低到了23mm/min，减少了36.1%，锥形量热仪实验中热释放速率峰值（PHRR）减少了13.1%，质量损失速率峰值（PMLR）减少了9.4%，生烟速率峰值（PSRR）减少了22%，交联之后，PS燃烧很慢，而且，没有出现熔融滴落的情况，而且，表面有很浓的炭层，将碳层拨开后，可以看到内部的芯部是一种无色透明塑料。综上研究，化学交联是能够进一步的引导线形高分子材料在遇热的时候成炭，进而依靠碳层来有效的提升高分子材料的阻燃效果。