一、高分子材料的燃燒及阻燃機理

    高分子材料在空氣中受熱時，會分解生成揮發(fā)性可燃物，當(dāng)可燃物濃度和體系溫度足夠高時，即可燃燒。所以高分子材料的燃燒可分為熱氧降解和燃燒兩個過程，涉及傳熱、高分子材料在凝聚相的熱氧降解、分解產(chǎn)物在固相及氣相中的擴散、與空氣混合形成氧化反應(yīng)場及氣相中的鏈式燃燒反應(yīng)等一系列環(huán)節(jié)。當(dāng)高分子材料受熱的熱源熱量能夠使高分子材料分解，且分解產(chǎn)生的可燃物達到一定濃度，同時體系被加熱到點燃溫度后，燃燒才能發(fā)生。而己被點燃的高分子材料在點燃源穩(wěn)定后能否繼續(xù)燃燒則取決于燃燒過程的熱量平衡。當(dāng)供給燃燒產(chǎn)生的熱量等于或大于燃燒過程各階段所需的總熱量時，高分子材料燃燒才能繼續(xù)，否則將中止或熄滅。從高分子材料的燃燒機理可看出，阻燃作用的本質(zhì)是通過減緩或阻止其中一個或幾個要素實現(xiàn)的。其中包括六個方面:提高材料熱穩(wěn)定性、捕捉游離基、形成非可燃性保護膜、吸收熱量、形成重質(zhì)氣體隔離層、稀釋氧氣和可燃性氣體。目前常采用的阻燃劑行為主要是通過冷卻、稀釋、形成隔離膜的物理途徑和終止自由基的化學(xué)途徑來實現(xiàn)。一般阻燃機理分為氣相阻燃機理、凝聚相阻燃機理和中斷熱交換阻燃機理。燃燒和阻燃都是十分復(fù)雜的過程，涉及很多影響和制約因素，將一種阻燃體系的阻燃機理嚴格劃分為某一種是很難的，一種阻燃體系往往是幾種阻燃機理同時起作用。

    二、高分子材料阻燃劑的分類

    阻燃劑是用于提高材料抗燃性，即阻止材料被引燃及抑制火焰?zhèn)鞑サ闹鷦�。按阻燃劑與被阻燃基材的關(guān)系，阻燃劑可分為添加型及反應(yīng)型兩大類。前者與基材的其他組分不發(fā)生化學(xué)反映，只是以物理方式分散于基材中，多用于熱塑性高分子材料。后者或者為高分子材料的單體，或者作為輔助試劑而參與合成高分子材料的化學(xué)反應(yīng)，最后成為高分子材料的結(jié)構(gòu)單元，多用于熱固性高分子材料。按阻燃元素種類，阻燃劑常分為鹵系、有機磷系及鹵-磷系、氮系、磷-氮系、銻系、鋁-鎂系、無機磷系、硼系、鉬系等。

    (一)鹵系阻燃劑

    鹵系阻燃劑是目前世界上產(chǎn)量最大的有機阻燃劑之一，添加量少、阻燃效果顯著。含氯的阻燃劑主要有氯化石蠟、氯化聚乙烯等;含溴阻燃劑因阻燃效果較好，應(yīng)用極為廣泛，逐漸取代氯系阻燃劑。鹵系阻燃劑阻燃機理比較清楚，但其阻燃的同時，也帶來了一些嚴重的問題，放出大量的有毒氣體(如HCl,HBr等)，鹵化氫氣體易吸收空氣中的水分形成氫鹵酸，具有很強的腐蝕作用，并產(chǎn)生大量的煙霧，這些煙霧、有毒氣體和腐蝕性氣體給滅火、逃離和恢復(fù)工作帶來很大的困難。

    (二)磷系阻燃劑

    有機磷系阻燃劑包括磷酸酯、亞磷酸酯、有機鹽類、氧化膦、含磷多元醇及磷氮化合物等，但應(yīng)用最廣的是含鹵磷酸酯。有機磷系阻燃劑主要在火災(zāi)初期的高分子材料分解階段起作用。

    它能促進高分子材料脫水炭化，從而使高分子材料不能產(chǎn)生可燃性氣體，并且由于不揮發(fā)性磷化合物起凝結(jié)劑的作用，使炭化物形成保護性炭膜，以隔絕外界的空氣和熱。

    (三)無機阻燃劑

    無機阻燃劑的阻燃作用主要是通過比容大的填料的蓄熱和導(dǎo)熱使材料達不到分解溫度，或通過阻燃劑受熱分解吸熱使材料溫升減緩或終止來實現(xiàn)。其阻燃機理是在受熱時釋放出結(jié)晶水，蒸發(fā)，分解并放出水蒸汽，此反應(yīng)吸收大量燃燒熱，降低了材料的表面溫度，使高分子材料的熱分解和燃燒率大大降低;分解時產(chǎn)生的大量水蒸汽稀釋了可燃性氣體的濃度也起到阻燃作用，并有一定冷卻作用;熱解生成的氧化鎂氧化鋁等產(chǎn)物與燃燒時塑料表面的炭化產(chǎn)物結(jié)合生成保護膜，即可切斷熱能和氧的入侵又可阻止小分子的可燃性氣體逸出，亦達到阻燃效果。這類物質(zhì)具有熱穩(wěn)定性好、阻燃、無毒、不揮發(fā)、不產(chǎn)生腐蝕性氣體、發(fā)煙量小、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點，是低鹵無鹵阻燃體系的主要原料。

    (四)含硅阻燃劑

    有機硅阻燃劑是一種新型的無鹵阻燃劑，也是一種成炭抑煙劑，包括硅烷共聚物和硅樹脂。目前具有代表性的有機硅阻燃劑是美國通用公司生產(chǎn)的SFR-100，它是一種呈透明狀的硅酮聚合物，通常與一種或多種協(xié)同劑(硬脂酸鎂、聚磷酸銨與季戊四醇的混合物、氫氧化物等)并用。研究發(fā)現(xiàn)在高分子材料中加入有機硅阻燃劑，能促進炭層的形成，降低聚合物的燃燒性。

    (五)氧化銻阻燃劑

    氧化銻化合物品種有三氧化二銻、五氧化二銻、銻酸鈉等�？蓡为毷褂靡嗫蓮�(fù)合使用，與鹵系阻燃劑等具有協(xié)同效應(yīng)和抑煙效果。粒子愈細愈可使阻燃性能得到改進，但是其最大的缺陷是在燃燒時產(chǎn)生的煙霧有較大的毒性，這是歐盟一些國家阻燃專家提出的禁止使用十溴聯(lián)苯醚等的主要理由。

    (六)本質(zhì)阻燃高分子材料

    本質(zhì)阻燃高分子材料指那些由于具有特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)而使自身具有阻燃性的高分子材料，它們不需要改性就具有耐高溫，抗氧化，不易燃等特點。近年來，人們研制了一些新型的本質(zhì)阻燃高分子材料，其中芳基乙炔聚合物在高溫下裂解形成的炭層可在氧化環(huán)境下承受極高溫度(1500-2000℃)，有希望作為燒蝕材料用于火箭導(dǎo)彈系統(tǒng)和宇宙飛船的重返大氣設(shè)備中;主鏈含有硅、硼的無機-有機雜化共聚物在空氣中受強熱時可形成炭-陶瓷保護膜，阻止材料在高溫下進一步被氧化。但在現(xiàn)階段，此類化合物或者價格高昂，或者制造及加工工藝復(fù)雜，其應(yīng)用相當(dāng)有限，但它們代表了阻燃高分子材料的一個發(fā)展方向。

    三、高分子材料阻燃技術(shù)的進展

    (一)微膠囊技術(shù)

    微膠囊化一般是指將物質(zhì)包裹于數(shù)微米至數(shù)百微米的微小容器中，從而起到保護和控制釋放等作用。目前，將無機或有機的阻燃劑進行微膠囊化的研究正處于阻燃劑新技術(shù)的熱點，并已從研制階段進入實用階段。囊材主要有兩類，一類是天然高分子材料，如動物膠、各種蛋白質(zhì)、淀粉、纖維素等。另一類是人工合成的高分子，如聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯、環(huán)氧樹脂等。囊材不與包裹的阻燃劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)制品一旦遇火受高熱時，囊壁立即熔融破裂，從而釋放出阻燃劑。

    阻燃劑微膠囊的大小、囊壁的厚度、強度以及阻燃劑的釋放度等物理性質(zhì)均會影響阻燃劑的阻燃效果。微膠囊化在改善阻燃劑的形態(tài)、效能以及減少環(huán)境污染等方面都有所作用。

    (二)納米技術(shù)

    1965年，BlumStin研究聚甲基丙烯酸甲脂/納米粘土復(fù)合材料時第一次發(fā)現(xiàn)其熱性能明顯提高。1976年，日本專利中第一次報道納米復(fù)合材料具有潛在的阻燃性能。但直到近年來國外多名學(xué)者開展對納米復(fù)合材料熱穩(wěn)定性的研究以后，其阻燃性能的研究也才真正開始。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)尼龍/層狀硅酸納米復(fù)合材料中的層狀硅酸鹽(粘土)含量僅為5%以下時就具有良好的熱穩(wěn)定性，其HRR(熱釋放速率)峰比不用時降低了50%以上，并且不損害材料的其它性能。這說明聚合物納米復(fù)合材料具有良好的熱性能，可用于阻燃技術(shù)。納米技術(shù)在阻燃中的應(yīng)用主要是納米粒子填充技術(shù)。

    (三)接枝和交聯(lián)改性技術(shù)

    接枝和交聯(lián)是使高分子材料功能化的一種有效方法，近年來這一技術(shù)也已用于使高分子材料阻燃化。接枝包括化學(xué)接枝和光敏接枝等，通過接枝共聚以提高聚合物的熱穩(wěn)定性及阻燃性多系凝聚相阻燃模式，即借助于成炭來實現(xiàn)的。因為接枝單體能在聚合物的表面形成粘附的絕緣層，特別是無機絕緣層，對改善聚合物的阻燃性尤為有效。而使高分子材料本身交聯(lián)，或者高分子材料的熱裂解產(chǎn)物在凝聚相中交聯(lián)，也可減少可燃產(chǎn)物的生成量而改善材料的阻燃性，多以輻射交聯(lián)為主。

    (四)膨脹技術(shù)

    在眾多的阻燃體系中，最近發(fā)展的膨脹阻燃體系由于在燃燒過程中發(fā)煙量少、無滴落和無毒氣等優(yōu)點而引起人們的注意。膨脹阻燃體系一般需三種主要成分：炭化劑、炭化促進劑、發(fā)泡劑。膨脹型阻燃劑最早用于涂料業(yè)，配制用于船舶、建筑裝飾材料、電纜外皮等的耐火涂層。近年來，國外己有一些比較成熟的膨脹阻燃體系用于塑料、橡膠等材料及制品。   

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