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消防知識:幾種典型阻燃劑的阻燃機理

鹵係阻燃劑包括溴係和氯係阻燃劑。鹵係阻燃劑是目前世界上產量最大的有機阻燃劑之一。在鹵係阻燃劑中大部分是溴係阻燃劑。工業生產的溴係阻燃劑可分為添加型、反應型及高聚物型三大類,而且品種繁多。國內外市場上現有20種以上的添加型溴係阻燃劑,10種以上的高分子型溴係阻燃劑,20種以上的反應型溴係阻燃劑。添加型的阻燃劑主要有十溴二苯醚(DBDPO).四溴雙酚A雙(2,3一二烷丙基)醚(TBAB)、八溴二苯醚(OBDPO)等;反應型阻燃劑主要有四溴雙酚A(TBBPA),2,4,6-三溴苯酚等;高分子型阻燃劑主要有溴化聚苯乙烯、溴化環氧、四溴雙酚A碳酸酯齊聚物等。溴係阻燃劑之所以受到青睞,其主要原因是它的阻燃效率高,而且價格適中。由於C-Br鍵的鍵能較低,大部分溴係阻燃劑的分解溫度在200℃-300℃,此溫度範圍正好也是常用聚合物的分解溫度範圍。所以在高聚物分解時,溴係阻燃劑也開始分解,並能捕捉高分子材料分解時的自由基,從而延緩或抑製然燒鏈的反應,同時釋放出的HBr本身是一種難燃氣體,可以覆蓋在材料的表麵,起到阻隔與稀釋氧氣濃度的作用。這類阻燃劑無不例外的與銻係(三氧化二銻或五氧化二銻)複配使用,通過協同效應使阻燃效果得到明顯提高。


    鹵係阻燃劑主要在氣相中發揮阻燃作用。因為鹵化物分解產生的鹵化氫氣體,是不燃性氣體,有稀釋效應。它的比重較大,形成一層氣膜,覆蓋在高分子材料固相表麵,可隔絕空氣和熱,起覆蓋效應。更為重要的是,鹵化氫能抑製高分子材料燃燒的連鎖反應,起清除自由基的作用。以溴化物為例,其抑製自由基連鎖反應的機理如下:


    含溴阻燃劑→Br·Br·+RH→R·+HBr


    HO·+HBr=H2O+Br·高分子材料中加入的含溴阻燃劑,遇火受熱發生分解反應,生成自由基Br·,它又與高分子材料反應生成溴化氫,溴化氫與活性很強的OH·自由基反應,一方麵使得Br再生,一方麵使得OH·自由基的濃度減少,使燃燒的連鎖反應受到抑製,燃燒速度減慢,直至熄滅。


    但是當發生火災時,由於這些材料的分解和燃燒產生大量的煙塵和有毒腐蝕性氣體造成“二次災害”,且燃燒產物(鹵化物)具有很長的大氣壽命,一旦進入大氣很難去除,嚴重地汙染了大氣環境,破壞臭氧層。另外,多溴二苯醚阻燃的高分子材料的燃燒及裂解產物中含有有毒的多溴代二苯並二惡烷(PBDD)及多溴代二苯並呋喃(PBDF)。1994年9月,美國環境保護局評價證明了這些物質對人和動物是致毒物質。


    磷及磷化合物的阻燃機理


    磷及磷化合物很早就被用作阻燃劑使用,對它的阻燃機理研究得也較早,起初發現使用含磷阻燃劑的材料燃燒時會生成很多焦炭,並減少了可燃性揮發性物質的生產量,燃燒時阻燃材料的熱失重大大降低,但阻燃材料燃燒時的煙密度比未阻燃時增加。根據上麵的事實提出了一些阻燃機理。從磷化合物在不同反應區內所起阻燃作用可分為凝聚相中阻燃機理和蒸汽相中阻燃機理,有機磷係阻燃劑在凝聚相中發揮阻燃作用,其阻燃機理如下:


    在燃燒時,磷化合物分解生成磷酸的非燃性液態膜,其沸點可達300℃。


 

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