高分子材料中阻燃技术应用分析

2020-07-21季哲

黑龙江科学 2020年14期

季哲

(南通东泰电工器材有限公司，江苏南通 226242)

0 引言

人们生活中常用的高分子材料主要有橡胶制品、纤维制品、塑料制品、涂料制品、胶水制品等，其最显著的特征是化学分子式主要由碳氢结构构成，在应用过程中具有较强的易燃性和可燃性。如果高分子材料在应用过程中发生燃烧现象，燃烧的过程中会释放大量的热量，高分子材料中的火焰在燃烧过程时也不容易熄灭，部分高分子材料在燃烧过程中还可能释放出大量的有毒气体，从而严重威胁人们的生命安全。

在相关实验中发现，高分子材料在空气中遇到140℃以上的温度便发生分解现象，分解后所产生的分解物中包含了大量的可挥发性可燃物。如果空气中的可燃物积累到一定浓度后，便可能导致高分子材料发生燃烧。在实验中科研人员还发现未应用阻燃技术的高分子材料在空气中的氧指数范围达到24—30范围内便会发生燃烧现象，应用了阻燃技术的高分子材料在空气中氧指数范围达到32以上才会发生燃烧现象，部分通过应用化学阻燃技术的高分子材料还会在燃烧过程中对着火点实现“自我扑灭”。

表1 高分子材料应用阻燃技术和未应用阻燃技术对比Tab.1 Comparison of application and non-application of inflaming retarding technology in high polymer material

1 高分子材料应用中的阻燃原理

在高分子材料中应用阻燃技术的原理主要是通过适当的措施来减缓或阻止高分子材料的燃烧条件发生。目前在高分子材料中应用的阻燃技术主要有两种，一种是在高分子材料中添加相应的阻燃剂，另一种是在高分子材料使用过程中应用相应的阻燃技术。这两种方法都是通过改变原有高分子材料中的相关特性和包裹方式让高分子具有阻燃能力。目前的高分子材料阻燃技术研究，科研人员还将阻燃技术朝着高效率、低污染方向发展。

2 高分子材料中阻燃技术的具体应用

2.1 纳米技术在高分子材料阻燃技术中的应用

高分子材料应用纳米复合技术的主要方法是在原有高分子材料的内部结构中添加相应的纳米尺度结构，这样就可以在一定程度上对高分子材料的内部结构进行破坏，让高分子材料在应用过程中具备一定的阻燃能力。应用纳米阻燃技术是指在高分子材料中添加纳米阻燃添加剂纳米阻燃添加剂主要是由层状硅酸盐、石墨烯、层状氢氧化物等材料组合而成，在这种复合材料中添加适当的层状硅酸盐可以让高分子材料具有良好的高热稳定性，还可以进一步提高高分子材料应用过程中的阻燃性能。研究人员通过将纳米技术与无卤材料进行有效结合后，还可以形成一种新型的纳米阻燃剂，这种阻燃剂相当于无卤阻燃剂，通过这种阻燃剂可以有效地降低聚合物阻燃剂的使用量，大幅度提升高分子材料的阻燃性能[1]。

在科学研究中，研究人员通过将纳米技术与高分子材料技术融合，能够把纳米技术和有机蒙脱土、聚苯乙烯材料进行有机结合，提高聚苯乙烯的阻燃效果。将聚苯乙烯和有机蒙脱土在高分子材料中的比例应控制在2%，可以让高分子材料具有极高的热稳定性。调查中发现，聚苯乙烯和有机蒙脱土的质量每损失10%就可以降低高分子材料5.2℃的温度，当有机蒙脱土和聚苯乙烯的总体质量损失达50%时，就可以降低高分子材料7.8℃的温度。将有机蒙脱土和聚苯乙烯按照一定比例与纳米技术结合而成的阻燃剂可以降低高分子材料在应用过程中的放热速率，进一步减少高分子材料的热反馈作用。即使高分子材料受到了燃烧的威胁，阻燃剂还可以对火焰的扩散起到阻燃作用，降低高分子材料的燃烧可能性。通过聚苯乙烯和有机蒙脱土的结合还可以进一步提高高分子材料的表面物质黏度，减缓高分子材料在燃烧过程中的速率。在高分子材料中应用纳米碳管等复合材料可以将可燃物与燃烧区域之间的燃料供给路线切断。目前，纳米阻燃技术已经广泛地应用于航空航天等高科技领域[2]。

2.2 微胶囊技术在高分子阻燃材料中的应用

微胶囊技术是当前高分子阻燃研究领域的应用之一。应用微胶囊技术进行阻燃过程中，将无机阻燃剂或有机阻燃剂用微米剂量的微小容器进行包裹，实现阻燃剂在应用过程中的微胶囊化。微胶囊技术中所选择的容器材料主要通过植物蛋白质、植物纤维素、动物胶原蛋白等天然的高分子材料进行组合，通过这种材料所组成的溶剂材料便不会与阻燃剂发生相应的化学反应。欧美国家研究人员还研究出通过聚苯乙烯、聚酯乙烯、聚乙乙烯等人工材料组合成的高分子天然容器，由于这种容器材料需要通过特制的生产设备进行生产，因此生产成本较高，并未在微胶囊技术中得到普及应用。在后续的研究中，实验人员在将包裹阻燃剂的微胶囊进行高热反应过程中，发现胶囊外壁会由于温度上升出现溶解破裂现象，胶囊内部的阻燃剂会被释放，通过阻燃剂的释放便可以对燃烧的物质进行阻燃。微胶囊技术的阻燃效果与微胶囊的直径大小、微胶囊囊壁的厚度、微胶囊内部阻燃剂的释放速度有着直接关系。还需要对微胶囊阻燃技术在应用过程中的阻燃剂形态和性能进行改善，这样可以提高高分子材料的阻燃性能。

2.3 化学反应技术在高分子阻燃材料中的应用

在高分子阻燃材料中应用化学反应技术主要通过对高分子材料中的物质进行共聚、交联、接枝等相应技术来实现。通过化学反应技术可以让高分子在遇到燃烧的情况下，通过内部物质发生相应化学反应在高分子材料的分子主链上释放出阻燃元素或阻燃机体，通过阻燃性较高的分子材料可以将传统易燃烧的高分子材料进行替换。目前所应用的化学反应技术大多数都是辐射交联技术，通过这种技术的应用可以使高分子材料内部的分子链发生交汇现象，这样就可以阻止高分子材料在燃烧过程中发生的火焰扩散问题，还可以确保高分子材料在燃烧过程中燃烧部分会在短时间内成炭，在一定程度上帮助高分子材料进行阻燃。通过将高分子材料内部的聚苯乙烯进行交联，还可以进一步降低高分子材料在燃烧过程中的速度，也不会出现溶液滴落问题。这种技术在应用过程中并不需要相应的催化剂和引发剂，只需要高分子材料在应用过程中遇到外界环境过热便可以直接在高分子材料内部出现化学反应，化学反应在发生过程中也不会造成环境污染问题。通过化学反应技术在高分子材料中的应用，可以将高分子材料的应用范围不断拓宽，进而推动高分子材料在各个行业中的普及。