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阻燃劑的作用機(jī)理比較復(fù)雜, 尚未十分明了。一般認(rèn)為, 鹵素化合物遇火受熱發(fā)生分解反應(yīng), 分解出的鹵素離子與高分子化合物反應(yīng)產(chǎn)生鹵化氫。后者與高分子化合物燃燒過程中大量增殖的活潑羥基游離基 (HO·)反應(yīng),使其濃度降低,燃燒速度減慢,直到火焰熄滅。鹵素中,溴的阻燃作用比氯大。含磷阻燃劑的作用在于它們?nèi)紵龝r(shí)形成偏磷酸, 偏磷酸聚合成非常穩(wěn)定的多聚態(tài), 成為塑料的保護(hù)層而將氧隔絕。 [1]
阻燃劑是通過若干機(jī)理發(fā)揮其阻燃作用的,如吸熱作用、覆蓋作用、抑制鏈反應(yīng)、不燃?xì)怏w的窒息作用等。多數(shù)阻燃劑是通過若干機(jī)理共同作用達(dá)到阻燃目的。
1、 吸熱作用
任何燃燒在較短的時(shí)間所放出的熱量是有限的,如果能在較短的時(shí)間吸收火源所放出的一部分熱量,那么火焰溫度就會降低,輻射到燃燒表面和作用于將已經(jīng)氣化的可燃分子裂解成自由基的熱量就會減少,燃燒反應(yīng)就會得到一定程度的抑制。在高溫條件下,阻燃劑發(fā)生了強(qiáng)烈的吸熱反應(yīng),吸收燃燒放出的部分熱量,降低可燃物表面的溫度,有效地抑制可燃性氣體的生成,阻止燃燒的蔓延。Al(OH)3阻燃劑的阻燃機(jī)理就是通過提高聚合物的熱容,使其在達(dá)到熱分解溫度前吸收更多的熱量,從而提高其阻燃性能。這類阻燃劑充分發(fā)揮其結(jié)合水蒸汽時(shí)大量吸熱的特性,提高其自身的阻燃能力。
2、 覆蓋作用
在可燃材料中加入阻燃劑后,阻燃劑在高溫下能形成玻璃狀或穩(wěn)定泡沫覆蓋層,隔絕氧氣,具有隔熱、隔氧、阻止可燃?xì)怏w向外逸出的作用,從而達(dá)到阻燃目的。如有機(jī)磷類阻燃劑受熱時(shí)能產(chǎn)生結(jié)構(gòu)更趨穩(wěn)定的交聯(lián)狀固體物質(zhì)或碳化層。碳化層的形成一方面能阻止聚合物進(jìn)一步熱解,另一方面能阻止其內(nèi)部的熱分解產(chǎn)生物進(jìn)入氣相參與燃燒過程。
3、 抑制鏈反應(yīng)
根據(jù)燃燒的鏈反應(yīng)理論,維持燃燒所需的是自由基。阻燃劑可作用于氣相燃燒區(qū),捕捉燃燒反應(yīng)中的自由基,從而阻止火焰的傳播,使燃燒區(qū)的火焰密度下降,最終使燃燒反應(yīng)速度下降直至終止。如含鹵阻燃劑,它的蒸發(fā)溫度和聚合物分解溫度相同或相近,當(dāng)聚合物受熱分解時(shí),阻燃劑也同時(shí)揮發(fā)出來。此時(shí)含鹵阻燃劑與熱分解產(chǎn)物同時(shí)處于氣相燃燒區(qū),鹵素便能夠捕捉燃燒反應(yīng)中的自由基,干擾燃燒的鏈反應(yīng)進(jìn)行。
4、 不燃?xì)怏w窒息作用
阻燃劑受熱時(shí)分解出不燃?xì)怏w,將可燃物分解出來的可燃?xì)怏w的濃度沖淡到燃燒下限以下。同時(shí)也對燃燒區(qū)內(nèi)的氧濃度具有稀釋的作用,阻止燃燒的繼續(xù)進(jìn)行,達(dá)到阻燃的作用。