摘要：随着高分子材料的不断发展，高分子材料的阻燃技术也越来越受到重视，阻燃材料通过削弱燃烧条件来达到阻燃目的。现如今应用最为广泛的是通过添加阻燃剂来增强材料的阻燃性能，例如使用最为广泛的卤系阻燃剂。但由于传统阻燃剂会产生毒害、发烟等污染，对于更加清洁高效的阻燃剂的研究也在不断开展。无机阻燃剂虽然阻燃效果较差，但采用新技术进行微胶囊化或改性以后，其阻燃特性得到了很大改善。另外，纳米与膨胀阻燃技术也具有很大的开发前景。
关键词：高分子；阻燃技术；探讨
阻燃剂，又称为耐火剂或者防火剂。由于有机高分子聚合物容易受热燃烧，因此需要通过阻燃剂来减缓其遇火时的热量传导。阻燃剂的研制大都是从燃烧的机理出发，通过削弱燃烧条件的方式进行的。例如卤系元素可以在燃烧时吸收游离的活性物质，减缓链式反应；磷系元素可以在物质表面形成碳层，阻隔火焰与热量的传导等。
1高分子材料阻燃技术概述
1.1高分子材料的阻燃机理
当高分子可燃物的浓度、氧气浓度与温度达到一定条件时，材料随即发生燃烧。高分子材料在燃烧过程中首先发生软化，大分子链断裂解聚，整体成为粘稠状，然后分解为气体、液体或固体微粒并放出光和热。高分子材料在燃烧时放出的热会造成燃烧的连锁反应，使得燃烧反应不断传播。为此，要对高分子材料进行阻燃，就要通过削弱燃烧条件的方法进行。一类高分子聚合物结构本身具有阻燃性，其分解机制特殊，或在遇高温时会发生特殊的阻燃变化；另一类高分子材料中添加了适当的阻燃剂，分散在材料中的阻燃剂会使得高分子材料获得阻燃性。
1.2高分子阻燃材料的应用特点与优势
一般的高分子材料阻燃性能差，在有防火阻燃要求的领域进行应用时，主要通过添加阻燃剂的方法提高其阻燃特性。不同的阻燃剂导致材料的阻燃特点有所差异。使用最为广泛的卤系阻燃剂能够与有机高分子聚合物更加良好地相容，且具有很好的阻燃效果，只需要较少的添加量就可以达到相应的阻燃性能。但添加卤系阻燃剂的高分子材料会在燃烧过程中释放大量的烟与毒性、腐蚀性气体，对环境不友好。而无机类的阻燃剂毒性小、不发烟，却往往难以达到良好的阻燃效果，对高分子材料的力学与加工性能也有一定的影响。
2添加阻燃剂的高分子材料阻燃技术
2.1卤系阻燃剂的应用
卤系元素的阻燃剂，主要是含有氯、溴等元素的物质。这类阻燃剂目前的应用范围最广，也是使用最早、价格最为低廉的阻燃剂。其最大的特点是与高分子材料具有良好的相容性，即添加阻燃剂并不会对材料本身的物化性质造成影响。卤系阻燃剂的阻燃机理为：其在受热分解时可以产生卤化氢，卤化氢与高分子燃烧产生的游离活性物质作用，降低游离基浓度，达到阻止链式反应的目的；另外，卤系阻燃剂分解出的卤化氢还可以使得高分子聚合物加速碳化，阻隔有机物与氧气，使得燃烧反应不能够正常进行。卤系阻燃剂可以应用在尼龙中，对于加工温度低于200℃的产品，可以使用价格较低的氯系阻燃剂，但该类产品的热稳定性差；如果对加工热稳定性有要求，则需要使用阻燃效率更高的溴系阻燃剂。
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2.2磷系阻燃剂的应用
为了弥补卤系阻燃剂有毒、发烟等缺陷，有机磷酸酯、亚磷酸酯、有机磷盐、磷杂环化合物以及聚合物磷酸酯等物质作为新兴的阻燃剂，得到了广泛的关注。其最大的特点是无毒无害，符合未来发展的需求。其阻燃机理为：在高分子聚合物中，含磷添加剂在凝聚相中作用，首先形成磷酸，使得高分子表面脱水碳化，阻碍热量与氧化的传导，同时，磷酸可以阻止氧化反应，尤其是燃烧过程中一氧化碳向二氧化碳的转化过程，该过程是放热的，因此热量随之得到降低；另外，含磷添加剂还会形成一层液态保护层，降低了热量的传递。在应用上，我国作为磷资源大国，具有相当的成本优势。但由于磷单质本身是易燃物质，对存放、运输和加工水平均有较高的要求。
2.3无机元素阻燃剂的应用
将耐高温溶液加入无机金属氧化物，即可制得无机阻燃剂。无机阻燃剂利用了无机元素本身的阻燃性质。无机阻燃性的热稳定性好、价格便宜，应用较为广泛。常用的无机阻燃材料有氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、氧化锑等。部分无机阻燃剂可以单独使用，但如氧化锑、硼酸锌等需要与卤系或磷系阻燃剂一起使用才能够有明显的效果。氢氧化铝与氢氧化镁等无机阻燃剂的原理为：当温度到达300℃时，无机阻燃剂开始脱水吸热，减缓温度上升，起到阻燃的作用。但在实际应用过程中，无机阻燃剂要想起到良好的效果，必须进行大量添加。而如氢氧化镁、氢氧化铝等物质大量添加进入高分子材料后，会对材料的物化性能造成负面影响，使得材料的加工与机械性能变差。
3 其它高分子材料阻燃技术
3.1微胶囊阻燃技术
微胶囊技术改变了高分子材料原有的结构，利用高分子材料形成的微胶囊结构来包覆具有活性的液体、固体或气体微粒。在常温条件下，微胶囊结构可以保护活性物质不受到外界温度、光照与热量的影响。一旦材料遇火燃烧，微胶囊囊壁就会破裂，使得阻燃剂释放出来发挥效果。相比起传统将阻燃剂直接添加到材料的工艺，采用微胶囊结构可以更好地将阻燃剂分散到材料中，一方面可以防止材料在加工过程中释放有毒有害物质，还可以降低添加剂对材料物化性能的影响。在应用方面，利用微胶囊技术处理后的红磷添加剂实现了白度化，使得其应用不再局限于红色或黑色制件；材料的耐热性能也得到了明显的改善。
3.2纳米阻燃技术
纳米阻燃技术最早于20世纪70年代提出，其特点是只需要极少的量的阻燃剂添加，即可使得阻燃性能大幅度提高。纳米阻燃材料的机理为：部分纳米材料在物质中起到阻挡层作用，添加纳米阻挡层以后，热量在物质中的扩散路径大幅增加，从宏观上看，材料的耐热性能得到提高；当纳米材料浓度达到一定值后，会在高分子聚合物中呈现出网格结构，这种网格结构对于高分子的链式反应有阻碍作用，延缓了聚合物的受热降解；另外，材料中的一些热磁性杂质会在材料热降解的过程中捕获自由基，干扰正常燃烧。除此以外，在应用中发现，向高分子材料中加入纳米阻燃剂，还可以起到提高材料力学性能与机械强度的作用。
3.3膨胀阻燃技术
通常意义上的膨胀阻燃技术主要是指化学膨胀阻燃。当材料体系中加入了膨胀阻燃剂以后，遇高温时会在火焰与材料之间生成泡沫状碳层，对热量传导起到阻隔作用。其优点在于无毒无烟，比无机氢氧化物的阻燃效果更好，填充量相对较小，但具有更高的成本。膨胀性阻燃剂最早用于防火涂料行业，近年来逐渐开始针对其用于高分子聚合物材料的研究。
结语：总而言之，要想研究高分子材料特性，拓宽高分子材料的应用范围，改善其阻燃性是必不可少的一项研究。随着国家对材料环保清洁性能要求的不断提高，传统的卤系等阻燃剂已经不再满足要求，研究更加清洁高效且与材料有更高兼容性的纳米、膨胀等阻燃技术势在必行。本文针对当前高分子材料阻燃技术进行分析，对相关研究工作的进行具有一定的参考意义。
参考文献
[1]吴盛.高分子材料的阻燃技术探析[J].化工管理，2017（36）.
[2]薛杨.关于高分子材料阻燃技术的探析[J].化工管理，2017（8）.
论文作者:冯丹妮
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/27
标签：阻燃论文; 阻燃剂论文; 高分子材料论文; 材料论文; 高分子论文; 无机论文; 技术论文; 《建筑学研究前沿》2018年第18期论文;