漫谈阻燃剂和阻燃技术

漫谈阻燃剂和阻燃技术

随着社会的发展，科学技术的进步，特别是塑料、纤维、橡胶三大合成材料的发明和应用，我们的物质生活变得丰富多彩。在居室、商场、剧院、旅馆和办公室等场所，从窗帘、壁纸、地毯、床单、棉絮等到家具、箱包甚至电脑、电视、电冰箱等电器产品都离不开塑料、纤维、橡胶。在交通、运输、化工、纺织、电子、医疗、国防、宇航等多个领域，这些材料都发挥了极其重要的作用。人们很难想象，假如没有塑料、纤维、橡胶生活会是怎样。

然而，当人们享受物质文明的同时，也不会忘记由于这些材料的易燃性给人类带来的灾难。例如，1975年2月13日，纽约著名的110层世界贸易中心北大楼11层起火，火焰沿着电话电缆线蔓延，结果损失5900万美元；1980年11月20日，日本枥木县藤原町川治温泉王子饭店发生火灾，经济损失折合人民币413万元，死亡45人，伤22人；1977年2月18日，我国新疆伊犁地区农垦某团俱乐部发生火灾，死亡649人，伤161人。这些事故都与塑料、橡胶的易燃性有关。

提到防火，通常我们首先想到的是多种灭火器、火灾自动报警装置或报警——灭火系统连锁组合等消防设备。这些装置设备对防火是十分必要的，然而这些与其说是防火手段，不如称之为灭火工具更为恰当些。真正的预防应当像预防疾病接种疫苗那样，使易燃或可燃物质变成难以点燃或者说脱离火源能自行熄灭的物质，也就是增加材料自身抵抗燃烧或阻止燃烧的能力。这种易燃物的接种“疫苗”就是阻燃剂。

早在公元前83年，在希腊港市比雷埃夫斯的围攻中用的木质碉堡是用矾溶液（铁和铝的硫酸复盐）处理的，目的是防燃。这是阻燃技术在实践中的首次应用。

1735年，怀尔德注册了一项英国专利（专利号551），即用明矾、硼砂、硫酸亚铁混合物使纤维素纺织品和纸浆等阻燃。这是关于阻燃剂的第一项专利。

阻燃剂广泛用于工业是20世纪60年代以后。欧、美、日等发达国家相继制定了一些阻燃法规和各种评价燃烧性能的标准，从而极大地促进了阻燃剂和阻燃材料的发展。

阻燃剂是怎样影响燃烧反应的呢？

众所周知，燃烧反应的三要素为燃料、氧气、温度。燃烧过程经过可燃体系分解、热引燃（自燃）、热点燃（燃烧传播）、燃烧反应、燃尽几个阶段。在这几个阶段控制燃烧的起因（热自燃）、燃烧的传播（热点燃）和降低燃烧气相反应区的化学变化速率（燃烧反应的负催化）是阻燃技术的关键所在。

阻燃剂对于燃烧反应的影响表现在下列几个方面：

（1）当燃烧反应发生时，材料内的阻燃剂受热分解，而这个分解过程是吸热的，这样可使凝聚相内温度上升减慢，延缓了材料的热分解速度。

（2）阻燃剂受热分解后，释放出连锁反应的自由基阻断剂，使火焰连锁反应中断，减缓了气相反应速度。

（3）阻燃剂热分解后，固相产物——焦化层或泡沫层覆盖在材料表面，从而使凝聚相温度较低，使气相反应原料（可燃性气体热分解产物）形成较慢，起了“釜底抽薪”的作用。

阻燃剂是提高可燃性聚合物的难燃性的一种助剂。它们大多是元素周期表中的第VA、ⅦA、ⅢA族元素的化合物。如第VA族氮、磷、砷、锑和铋的化合物，第ⅦA族氯、溴的化合物，以及第ⅢA族硼、铝的化合物。此外，硅、镁、钼的化合物也可作为阻燃剂使用。

阻燃剂按使用方法可分为添加型和反应型两类。添加型又可分为有机系和无机系。添加型阻燃剂是通过机械混合的方法加入到聚合物里，主要用于聚烯烃、聚氯乙烯、聚苯乙烯等树脂中。它的优点是使用方便，适用面广，但对聚合物性能有较大影响。反应型阻燃剂是作为一种反应单体参加反应，使聚合物本身含有阻燃成分，多用于聚氨酯、不饱和聚酯、环氧树脂等。其优点是对聚合物材料使用性能影响较小，阻燃性持久。

阻燃科学包括研究阻燃剂的制备与性质、阻燃材料与阻燃处理技术、阻燃机理和阻燃效果评价。由于阻燃科学涉及领域十分广泛，和国民经济的各个部门都有关系，因而它是一门综合性的边缘科学。

随着我国阻燃法规的健全、物质水平的提高以及材料科学的发展，阻燃剂的需求量将越来越大。例如，塑料助剂中阻燃剂仅次于增塑剂列第二位。目前，阻燃剂性能和阻燃技术在世界范围内呈现出了高新发展趋势：

（1）高效，本身无毒。对高聚物原有性能影响小，做到对环境无污染，使用安全。

（2）低烟。高聚物燃烧产生的窒息性烟雾不但对人危险极大，对环境也是极大的污染。

（3）微粒化。阻燃剂颗粒越细，材料的物理机械性能越好。微粒化不但能提高阻燃效率，而且能提高制品质量。目前，微粒化正在向纳米级发展。

（4）微胶囊化。农药的微胶囊化可使农药缓慢地释放，既降低毒性，又延长了药效。阻燃剂的微胶囊化也一样，可有助于不同剂型的加工和更有效地发挥阻燃剂的作用。

（5）表面处理。用表面化学方法来处理阻燃剂，以增强它们与被阻燃树脂的亲和力，用偶联剂和其他助剂来改性，以达到更好地阻燃和物理力学性能。