中学阶段2种常见阻燃剂的性能分析

但世辉 李茂炽

摘要：分析了中学阶段2种常见阻燃剂氢氧化镁和氢氧化铝的阻燃机理，通过理论分析和实验数据验证了二者阻燃效果上的差异，并阐述了造成这种差异的具体原因。

关键词：阻燃剂;阻燃机理;阻燃率

文章编号：1008-0546（2021）09-0096-02

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j.issn.1008-0546.2021.09.025

阻燃剂是能够保护材料不着火或者使火焰难以蔓延的化学物质，就其元素的组成来说，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教材第四章第一节实验4-2就介绍了水玻璃的阻燃性能[1]，其实，由第ⅡA族的镁元素和第ⅢA族的铝元素组成的氢氧化镁和氢氧化铝也是工业生产中非常重要的阻燃剂。

一、阻燃剂的阻燃机理

不管是硅酸钠水溶液还是氢氧化镁、氢氧化铝，所有的无机阻燃剂的阻燃机理[2]主要有以下几个方面：

（1）吸热作用

阻燃剂在燃烧过程中吸收大量热量，使燃烧温度难以上升，从而产生阻燃效果。

（2）覆盖作用

阻燃剂在高温下生成稳定的覆盖层，或分解成泡沫状物质覆盖到材料表面，使材料因热分解而产生的可燃性气体难以逸出，同时起着隔热和隔绝空气的作用，从而达到阻燃作用。

（3）稀释作用

阻燃剂在燃烧时产生二氧化碳、水等不燃气体，使材料受热分解释放的可燃气体被稀释而达到阻燃效果。

除了以上作用之外，部分阻燃剂还存在脱水碳化作用、捕捉自由基作用等，氢氧化镁和氢氧化铝的具体阻燃机理可用表1解释。

二、阻燃剂阻燃效果的实验验证

1.制备阻燃剂

采用刘立华老师探索的方法[3]制备氢氧化镁：取用2mol/L氯化镁溶液2mL于试管中，采用20℃的水浴加热，再加入2mol/L的氨水8mL，制取氢氧化镁絮状物，放置一段时间，去掉上层水。同样方法，制备氢氧化铝絮状物。以上制备的关键在于确保最佳氨镁比为4：1，加热温度为20℃。

2.处理木条

采用二次浸渍法[4]处理木条。为保证木条充分吸湿、浸透，将木条在沸水中加热预处理一小时，烘干，这是对木条的第1次浸渍。将氢氧化镁絮状物置于80℃水浴中，放入木条二次浸渍半小时，使阻燃剂能够更深地进入木条内部，更好地包裹在木条表面。同样操作，用氢氧化铝絮状物二次浸渍另一块外形相同的木条，最后用酒精灯外焰对木条进行加热，实验现象见表2。

3.实验现象说明

实验过程中各现象出现时间的早晚与阻燃剂制取和木材的处理有很大关系。实验过程中产生的白雾是处于木材燃烧的第一个阶段：干燥阶段，主要是水分蒸发的过程[5]，表面白色物质表明阻燃剂开始分解生成氧化膜（氧化镁、氧化铝）。

三、2种阻燃剂的效果分析

2种阻燃剂均属于氢氧化物阻燃剂，其阻燃机理基本一样，主要体现在吸热作用、覆盖作用和稀释作用，但在延缓燃烧效果上有较大差异。

1.阻燃率不同

阻燃率是量度阻燃物质优劣的标准，阻燃率一般用单位质量的阻燃剂吸收热量的多少来表示，阻燃率越高表示阻燃效果越好。因此阻燃率对阻燃机理的影响主要体现在吸热作用上。

Mg（OH）2（S）=MgO（s）+H2O（g）

△H=+81.5kJ/mol

Al（ OH）3（S）= Al2O3（s）+

H2O（g） △H=+87.7kJ/mol

由此可计算Mg（OH）2、Al（OH）3的阻燃率分别为1.4KJ/g、1.1KJ/g，很明显，Mg（OH）2的阻燃效果更好。

2.稀释作用

木材在燃烧过程中的第二个阶段（炭化阶段）大约出现在230℃～330℃，此时木材开始分解放出甲烷、乙烯、甲醇和木焦油等可燃性气体，发生剧烈的有焰燃烧[6]。Al（OH）3的分解温度大约为200℃，在木材释放可燃气体之前已经分解，分解生成的水蒸气对可燃气体的稀释作用较小，而Mg（OH）2的分解温度比Al（OH）3高出100℃，恰好在木材炭化阶段分解释放水蒸气，可以更好地稀釋可燃性气体，抑制火灾的蔓延。

值得注意的是，工业产品中起防火作用的是防火涂料，其构成较为复杂，主要包括基料、发泡剂、成炭剂、防火填料等，阻燃剂只是用于制作防火填料，在整个防火涂料的防火功效上只起部分作用。由于氢氧化镁阻燃剂效果更好，并且其生产原料丰富（我国是海湖盐资源大国，西部镁资源尤为丰富），成本低，属于新型阻燃剂，目前发展非常迅速。

参考文献

[1]化学课程教材研究发展中心.普通高中教科书（化学必修第一册）[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].沈阳教育学院学报，2009（6）：100

[3]刘立华等.氢氧化镁阻燃剂的制备工艺研究[J].化工科技市场，2009（6）：33

[4]但世辉，陈莉莉.水玻璃阻燃实验的改进[J].中学化学教学参考，2011（6）：52

[5][6]武红伟等.硅酸盐阻燃木材的阻燃性能和热性能研究[J].化学工程师，2010（10）：11