提要：阻燃（FR）塑料對于我們每天使用的設(shè)備必不可少，為防火提供了有價值的工具，但是它們的技術(shù)很復(fù)雜。盡管某些樹脂具有固有的阻燃性，但其他樹脂則需要特殊的添加劑，以最大程度地減少煙霧和火焰的傳播。

阻燃劑-作用機理與化學(xué)作用

阻燃劑（FR）是為了抑制/延緩塑料著火/燃燒而添加的化合物。為了防止燃燒，有必要設(shè)計一種熱穩(wěn)定的聚合物，該聚合物在熱應(yīng)力下分解為可燃氣體的可能性較小。

但是，熱穩(wěn)定的聚合物可能表現(xiàn)出性能限制，并且通常太昂貴并且難以加工。因此，制造商添加了各種阻燃劑以賦予塑料阻燃性。

添加劑與反應(yīng)性阻燃劑

與聚合物一起使用的阻燃劑 有幾種化學(xué)類別，包括溴化阻燃劑，有機磷阻燃劑，基于三聚氰胺的阻燃劑，金屬氫氧化物FR等。除這些化學(xué)類別外，還有其他阻燃劑可以摻入聚合物中。它們可用作添加劑和反應(yīng)性阻燃劑。

兩種類別都可能在很大程度上影響不同聚合物的相似性能，例如粘度，柔韌性，密度等。下表中列出了反應(yīng)性阻燃劑和添加劑阻燃劑的某些特性，以便更好地了解其各自的特性。

為什么要使用阻燃劑？阻燃劑直接有助于挽救生命

在大多數(shù)情況下，聚合物會引發(fā)或蔓延火災(zāi)，因為作為有機化合物，當(dāng)暴露于熱時，它們會分解為揮發(fā)性可燃產(chǎn)品。

但是，在許多領(lǐng)域，例如電氣，電子，運輸，建筑等，聚合物的使用受到其易燃性的限制，無論其使用帶來的好處的重要性如何。

目前合成聚合物的擴散大大增加了“火災(zāi)危險 ”和“火災(zāi)隱患 ”，分別是發(fā)生火災(zāi)的可能性及其對人或建筑物的后果。

為了滿足這些法律要求，需要在聚合物中添加阻燃劑。為了增加人員的逃生時間，這些添加劑的作用是：減慢聚合物燃燒和降解（滅火）、減少煙霧排放、避免滴落。

法規(guī)的嚴格程度取決于逃避環(huán)境所需的時間！

使用阻燃劑的防火

阻燃劑的目標(biāo)是通用的，可以在以下各項中簡單說明：防止火勢或阻止火勢蔓延，即閃光?？刂瓶扇嘉锲返闹鹦阅?，提供滅火。

隨時間閃光與阻燃用途

在著火的情況下，使用阻燃劑會大大增加可用的逃生時間。保護乘員免受火災(zāi)影響，及時提供緊急通知，保護逃生路線，在必要和可能的地方提供避難所。

煙霧釋放與火勢蔓延

阻燃劑的使用減少了火焰的蔓延，因此產(chǎn)生煙霧的速率增加。更少的煙霧產(chǎn)生會增加可用的逃生時間。最小化火的影響，按租戶，入住人數(shù)或最大面積進行分隔。維護財產(chǎn)的結(jié)構(gòu)完整性，提供共享屬性的繼續(xù)操作。

火災(zāi)初期要維護的功能示例

支持消防業(yè)務(wù)

提供識別火災(zāi)地點的信息，提供與避難區(qū)的可靠通信，提供消防部門的訪問，控制，通信和選擇。

為了防止火災(zāi)或阻止火災(zāi)的蔓延和蔓延，材料和產(chǎn)品性能測試用于對代表系統(tǒng)中主要燃料的物品的燃燒性能設(shè)置限制。大部分消防安全要求包括材料防火性能測試標(biāo)準(zhǔn)，以阻止其增長和擴散?；谠u估單個材料著火性能的測試方法，測試方法通?；诨鹧媛铀俣鹊臏y量。

下表簡要列出了阻燃和耐火特性：

阻燃劑作用機理

火災(zāi)是三個因素的結(jié)果：熱、燃料、氧

熱量通過聚合物的熱解產(chǎn)生易燃氣體。然后，這些氣體和氧氣之間的適當(dāng)比例導(dǎo)致聚合物著火。燃燒導(dǎo)致熱量散發(fā)出來（增量H1）并反饋（增量H2）。該熱反饋使聚合物熱解并保持燃燒。

為了限制該燃燒循環(huán)的建立，必須去除一種（或幾種）成分。為了打破這個燃燒循環(huán)，有幾種技術(shù)可用。

阻燃劑必須抑制甚至抑制燃燒過程。取決于聚合物和防火測試，阻燃劑會干擾燃燒過程的一個或幾個階段：加熱，分解，著火，火焰蔓延，冒煙過程。

阻燃劑的作用是: 在凝聚 / 氣相中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以及 / 或物理反應(yīng)

但是，我們必須記住，它們都發(fā)生在一個復(fù)雜的過程中，同時發(fā)生了許多同時反應(yīng)。讓我們深入了解它們的作用機理：

a.化學(xué)效應(yīng)（凝聚相）在冷凝階段，可以發(fā)生兩種類型的反應(yīng)：

阻燃劑可加速聚合物的分解。這導(dǎo)致聚合物明顯流動，從而減少了火焰的沖擊，火焰消失了。阻燃劑會在聚合物表面形成一層碳（炭化）。例如通過阻燃劑的脫水作用在聚合物中產(chǎn)生雙鍵而發(fā)生。這些過程通過環(huán)化和交聯(lián)過程循環(huán)形成碳質(zhì)層。

炭化膨脹形成

膨脹

通過膨脹的阻燃聚合物本質(zhì)上是凝聚相機理的特例。在這種情況下，活性發(fā)生在冷凝相中，而氣相中的自由基捕集機理似乎不起作用。

在膨脹階段，產(chǎn)生的燃料量也大大減少，并形成炭而不是可燃氣體。然而，膨脹型炭在此過程中具有特殊的積極作用。它構(gòu)成了雙向屏障，既阻止了可燃氣體和熔融聚合物通過到火焰中，又阻止了聚合物受到火焰熱的影響。

盡管在過去15年中開發(fā)了許多膨脹系統(tǒng)，但它們似乎都基于以下3種基本成分的應(yīng)用：

一種“催化劑”（酸源），炭化劑和發(fā)泡劑（特殊）。

結(jié)合了導(dǎo)致膨脹作用的最后三種成分的添加劑是可商購的。但是，膨脹型制劑可以簡單地開發(fā)出來，并且比某些商業(yè)級產(chǎn)品更適合某些特定應(yīng)用。下表1總結(jié)了常用的催化劑，炭化劑和發(fā)泡劑。

1. b.化學(xué)效應(yīng)（氣相）

阻燃劑或其降解產(chǎn)物阻止了在氣相中發(fā)生的燃燒過程的根本機理。因此，在火焰中發(fā)生的放熱過程被停止，系統(tǒng)冷卻，可燃氣體的供應(yīng)減少，最終被完全抑制。 高反應(yīng)性自由基HO·和H·可以在氣相中與其他自由基發(fā)生反應(yīng)，例如由阻燃劑降解導(dǎo)致的鹵化自由基X·。生成的反應(yīng)性自由基較少，從而降低了燃燒動力學(xué)。（請參見下圖）

火焰抑制研究表明，其有效性降低如下：HI> HBr> HCl> HF

鹵代阻燃劑的作用機理

通常使用溴化化合物和氯化有機化合物，因為碘化物在加工溫度下是熱不穩(wěn)定的，并且氟化物的有效性太低。選擇取決于聚合物類型。鹵化阻燃劑在加工條件下的行為（穩(wěn)定性，熔融性，分布性等）和/或?qū)λ貌牧系男阅芎烷L期穩(wěn)定性的影響是必須考慮的標(biāo)準(zhǔn)。

此外，特別推薦使用在聚合物降解為可燃揮發(fā)性產(chǎn)品的相同溫度范圍內(nèi)，能在火焰中產(chǎn)生鹵化物的添加劑。然后，燃料和抑制劑都將根據(jù)“在正確的時間在正確的位置”原則到達氣相。

最有效的阻燃（FR）聚合物材料是鹵素基聚合物（PVC，CPVC，F(xiàn)EP，PVDF ...）和添加劑（CP，TBBA，DECA，BEOs ...）。但是，防火性能的提高取決于防火測試的類型，即應(yīng)用。

它們完美地說明了先前描述的化學(xué)作用方式。燃燒動力學(xué)機制的嚴重擾動導(dǎo)致不完全燃燒。

與三氧化二銻（Sb2 O 3）協(xié)同作用

為了有效捕獲自由基，需要以氣態(tài)氣相到達火焰。三氧化二銻的加入允許形成揮發(fā)性的銻物質(zhì)（鹵化銻或鹵氧化銻），通過下面提出的一系列反應(yīng)可通過抑制H *自由基來中斷燃燒過程。該現(xiàn)象解釋了鹵代化合物與Sb 2 O 3之間的協(xié)同作用。

對于大多數(shù)應(yīng)用，這兩種成分均存在于配方中。

2.物理影響，形成保護層

這些添加劑可以通過外部熱流形成一個低熱導(dǎo)率的屏蔽層，從而減少熱源對材料的傳熱。然后降低聚合物的降解速率，減少“燃料流”(材料降解產(chǎn)生的熱解氣體) ，為火焰提供燃料。

磷添加劑的作用也是一樣的。它們的熱解產(chǎn)生熱穩(wěn)定的多聚磷化合物，形成保護性玻璃屏障。使用硼酸基添加劑、硼酸鋅或低熔點玻璃也可以觀察到同樣的機理。

圖一: 形成保護層抑制，燃燒和揮發(fā)

冷卻效應(yīng)

添加劑的降解反應(yīng)會影響燃燒的能量平衡。該添加劑可以使內(nèi)熱降解，使基材冷卻到低于維持燃燒過程所需的溫度。不同的金屬氫氧化物遵循這一原則，其效率取決于聚合物中的含量。

稀釋

加入惰性物質(zhì)(例如滑石粉或白堊等填料)和添加劑(在分解過程中演變?yōu)槎栊詺怏w) ，使燃料在固相和氣相中稀釋，使氣體混合物的點火下限未達到。在最近的工作中，大量灰分(由某些硅基填料產(chǎn)生)的隔離作用已經(jīng)在阻燃體系中得到證實。

此外，它還突出了一個相反的效果，即填充材料的熱導(dǎo)率增加了本體中聚合物的熱降解。