塑料的耐燃性是塑料安全性的一个重要指标。阻燃剂的使用对材料的阻燃性能有着 大的影响。材料不同,阻燃剂的成分和含量就千变万化。制造商应该在大量的试验中确定合适的阻燃剂和含量,以使材料通过燃烧试验机进行测试,从而保证塑料产品的防火安全性。
1、塑料燃烧的过程
塑料燃烧的过程可以这样认为:在空气中,由于外部热源或火源使塑料被加热,而 终导致了降解,产生了挥发性产物、可燃性产物与热能产物,在外部热源的继续作用下,达到某一温度时塑料就会燃烧起来。塑料燃烧放出的一部分热量通过传导、辐射和对流等途径,又被正在降解的塑料吸收,挥发出更多可燃性产物;另一方面,在燃烧的过程中,火焰周围的空气剧烈扰动,增加了可燃性挥发物与空气的混合速度,使燃烧更加剧烈。
2、阻燃剂作用机理
阻燃剂是一种能阻止燃烧、减低燃烧速度或提高着火点的一种物质。阻燃剂的作用机理如下:
(1)阻燃剂分解产物的脱水作用使有机物碳化,就能防止燃烧
塑料的燃烧是分解燃烧,而通常单质碳不进行产生火焰的蒸发燃烧和分解燃烧。因此,如果能使材料的热分解迅速进行,不停留在可燃性物质阶段而一直分解到碳为止,就可以防止燃烧。
(2)阻燃剂分解形成不挥发的保护膜
阻燃剂在塑料燃烧的温度下分解,其分解产物形成不挥发性的保护膜覆盖在表面,从而隔断空气防止燃烧。
(3)阻燃剂分解产物将活性自由基链锁反应
切断活性自由基的链锁反应能使火焰燃烧持续下去,阻燃剂分解产物将活性自由基链锁反应切断,从而有效地防止火焰燃烧。
(4)燃烧热的分散与可燃性物质的稀释是实现阻燃的途径之一
由于燃烧热被大量吸收,降低了塑料的温度,从而减缓了分解蒸发和燃烧。另一方面,塑料阻燃剂体系里能分解产生不燃性气体,从而稀释了可燃性气体,达到阻燃的目的。
(5)较重的气体或高沸点液体的隔氧作用
反应中脱出的水吸收了大量的热量,降低了可燃物表面温度,而且气化成蒸汽,在可燃物表面形成了一层保护膜,从而实现阻燃。
3、常用阻燃剂的种类及类型
(1)常用阻燃剂的种类
1)含卤化合物
有机类和无机类含卤阻燃剂的作用机理是类似的,都是捕捉活性自由基。在高温下含卤阻燃剂分解产生的卤原子与聚合物反应生成卤化氢。卤化氢与活性自由基或氢原子反应,生成水或氢气,从而中断了链式氧化过程,使燃烧减缓以至停止。
2)含磷化合物
磷化物的阻燃效果相当大,燃烧时生成的偏磷酸可以聚合成稳定的多聚态,成为塑料的保护层,隔绝氧和可燃物,磷酸能促进塑料碳化。当磷和卤素共存时阻燃效果更大,两者反应生成的卤化磷具有较大的蒸气密度,覆盖于火焰表面可隔绝氧气和冲淡可燃物,同时产生卤化氢又可以捕捉活性自由基。
3)三氧化二锑与卤化物
三氧化二锑本身并无阻燃效果,但在卤化物的存在下却显示了很大的协同效果。因为两者在塑料表面层反应生成了挥发性的卤化物和卤氧化锑,它们的挥发可以吸收热量,同时产生气体可以隔绝氧气和稀释可燃物。
4)其它阻燃剂
比如氢氧化铝、硼化合物和氢氧化镁等。
(2)阻燃剂的类型
根据塑料阻燃化的方法不同,可将阻燃剂分为添加型和反应型两大类。添加型阻燃剂是塑料成型过程中将其直接掺入塑料中,阻燃剂与塑料是单纯的物理混合,多用于热塑性塑料。反应型阻燃剂在塑料合成过程中作为单体原料之一,通过化学反应使其成为塑料分子链的一部分。
4、塑料中应用的部分阻燃剂
○PVC本身有自熄性,但是PVC的软质制品由于配用了大量的可燃性增塑剂而变得易燃了。为了阻燃,一般使用三氧化二锑及其与氯化石蜡并用,或使用磷酸酯类增塑剂。
○聚烯烃塑料使用的 有代表性的阻燃剂是含卤化合物与三氧化二锑并用。
○苯乙烯类树脂一般采用含卤磷酸酯和有机溴化物作为阻燃剂。
○酚醛树脂的氧指数为30%,一般可不用阻燃剂,但必要时可以用含卤磷酸酯、有机卤化物与三氧化二锑等。