無機阻燃劑簡單介紹

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人類早期的阻燃歷史,實際上是發展無機阻燃劑的歷史。幾個世紀以前就已為人類應用的幾個無機阻燃劑,至今仍廣為應用。另外,普遍認為在氣相中具阻燃作用的氣體(如HCl、HBr、NH?等),都是簡單的無機分子。很多無機阻燃劑熱分解時,能釋出上述氣體中的一種或數種。無機阻燃劑大多不揮發而是受熱時分解,且分解時一般是吸熱的,并生成不燃氣體CO2、H2O、SO2、SO3、HCl、HBr、SbCl3、SbBr3和NH3等。無機阻燃劑的實際分解過程可能是十分復雜的,如有不同價態的陽離子存在,則無機鹽的氣態分解產物可能是該陽離子的氧化劑或還原劑。帶氧陰離子無機鹽的最后分解產物常常是一種氣體和一種氧化物。這類無機鹽如果用作有效的阻燃劑,必須在與被阻燃基質匹配的適當溫度下分解為氣體和固態殘留物。對于通常的塑料或聚合物材料,這適當溫度為150~400℃。只有在此溫度范圍內分解的無機阻燃劑才能在火災初起階段發揮阻燃作用。所以,像碳酸鈣是不宜作為阻燃劑的,因為它要在900℃左右才能分解放出CO2。

選擇可分解無機鹽阻燃劑時,主要根據其中所含陽離子的性質。對含氧陰離子的鹽,其熱穩定性只與其中的陽離子有關,而與陰離子的性質無關。堿金屬和堿土金屬的鹽一般是離子型鹽,它們的熱穩定性過高而不宜用作阻燃劑。過渡金屬鹽中陽離子和陰離子的電負性差較小,最有可能作為塑料和聚合物的阻燃劑。業已發現,很多過渡金屬陽離子形成的鹽作為聚合物的阻燃劑具有潛在的價值。

無機阻燃劑熱分解形成的固態或液態殘留物,對阻燃劑的阻燃效率具有極其重要的作用。銨鹽的殘留物是酸或酸酐,它們能促進可燃基質脫水,導致基質熱裂解時生成的炭量增加。在火焰區中形成水和元素碳,是獲得有效阻燃的最佳方法之一。

過渡金屬氧化物具有眾所周知的催化性能,所以采用過渡金屬和含氧陰離子形成的鹽作為添加型阻燃劑,可改變可燃基質的降解模式和降解速度,因而發揮阻燃作用。如形成的揮發性金屬氧化物能在火焰區凝縮為液滴或固體顆粒,則可通過表面或“壁效應”,將在火焰區產生的輻射能耗散,這顯然有助于提高材料的阻燃性。

還有一類無機阻燃劑[如聚磷酸銨(APP)和微膠囊化紅磷],它們的阻燃作用主要來自其成炭傾向。短鏈APP由于水溶性而限制了它的應用,不過長鏈APP及微膠囊化APP的水溶性很低,應用較廣。

無機陶瓷材料在高溫下熔融燒結,能在基材表面形成一層玻璃態的保護層,此層阻燃效果極佳。但陶瓷的燒結溫度達800~900℃,所以只有在某些特殊情況下才能使用陶瓷材料的阻燃劑,膨脹型石墨也是如此。

至于銻化合物,雖然將其視為最重要的無機阻燃劑之一,但它本身并無阻燃性,而是鹵系阻燃劑不可缺少的協效劑。

無機阻燃劑的最大優點是不產生有毒和腐蝕性氣體,所以屬生理無害物質,對環境友好。缺點是需用量高,有時要達到基材的60%才能得到良好的阻燃效果。

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