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阻燃材料发展现状与趋势分析
摘要:分析了各种阻燃剂的种类及其阻燃机理和性能,指出了其各自存在的问题,探讨了阻燃剂在国内外的应用研究现状,以及各种阻燃剂在未来的发展趋势,对今后阻燃剂的研究与应用方向提出了建议。
关键词:阻燃材料;阻燃剂;发展现状;未来趋势
收稿日期:2011-10-19
作者简介:鞠洪波(1985―),男,山东安丘人,助理工程师,主要从事建筑防火设计和防火材料的研究工作。
中图分类号:
文献标识码:A
文章编号:1674-9944(2011)11-0136-03
1引言
阻燃材料分为有机阻燃材料和无机阻燃材料,目前阻燃材料主要利用添加阻燃剂来实现阻燃效果,阻燃剂现在种类繁多,主要有无机和有机阻燃剂,有机阻燃剂目前使用较为普遍,具有阻燃效果好、添加量少、对材料的其他性能影响小等特点,但它在燃烧过程中发烟量较大
,会释放出有毒性、腐蚀性的卤化氢气体。无机阻燃剂具有无卤、无毒、低烟,热稳定性好、不挥发、不析出、不产生腐蚀性和有毒性气体且价格便宜,可利用的资源丰富等优点,但却存在添加量大且与基材亲和力差,阻燃效果差,对材料的加工和机械性能影响大等缺点。
现在社会对环境的要求越来越高,意大利都灵理工学院的Giovanni Camino教授指出,对很多材料的强制性要求是与减少火险,即着火的可能性紧密相连的。该方面的未来挑战不仅包括开发着火危险低、危害小的阻燃材料,重要的是还需符合可持续发展理念。说明在未来的发展中,阻燃材料不仅要满足环保的性能,还要满足可持续发展的要求。
阻燃剂是合成高分子材料的重要助剂之一,添加阻燃剂对高分子材料进行阻燃处理,可以阻止材料燃烧或者延缓火势的蔓延,使合成材料具有难燃性、自熄性和消烟性。随着合成材料被广泛应用到与生产和生活密切相关的诸多行业中,如建筑业、塑料制品业、纺织业、运输业、电子电器业、航天业,阻燃剂的重要性愈加不容忽视。现代科技的进步以及世界范围内对安全和环境保护的重视,使人们对材料的阻燃要求也愈来愈高,促使阻燃剂的研制、生产及推广应用得以迅速发展
,阻燃剂的品种日趋增多、产量急剧上升。目前,全球阻燃剂的65%~70%用于阻燃塑料,20%用于橡胶,5%用于纺织品,3%用于涂料,2%用于纸张及木材[1]。
2阻燃剂的发展现状
近年来,随着防火安全标准的日益提高和塑料产量的快速增长,全球阻燃剂的用量不断增长[2]。按照化学组成,阻燃剂可分为无机阻燃剂和有机阻燃剂,有机阻燃剂主要以卤素添加剂为主,无机阻燃剂在合成材料中,除了有阻燃效果外,还有抑制发烟和氯化氢生成的作用,而且赋予材料无毒性、无腐蚀性和价格低廉等优点。国外工业发达国家无机阻燃剂消费量远远高于有机阻燃剂,如美国、西欧和日本等工业发达国家地区无机阻燃剂的消费占总消费量约60%,而我国不到10%,因此我国发展无机阻燃剂非常紧迫,而且潜力巨大[3]。目前我国阻燃系主要品种有卤系、铝镁系、磷系、卤-磷系、硅系、硼酸盐系等。

卤系(溴系)阻燃剂是目前产量最大且应用最多的阻燃剂之一。其阻燃机理主要是在添加了阻燃剂的材料燃烧时阻燃剂分解释放出卤化氢,卤化氢捕获自由基,阻止传递燃烧链,生成活性较低的卤自由基从而减缓或中止燃烧
,卤化氢和燃烧时生成的卤素自由基具有非挥发性和低迁移性,容易在燃烧的表面对氧气产生稀释作用从而也有利于阻止燃烧,市场常用品种目前有近百种。包括十溴二苯醚,四溴双酚A,八溴醚,溴化环氧树脂,十溴二苯乙烷,四溴醚,溴代聚苯乙烯,六溴环十二烷及氯化石蜡,得克隆,CPE等。
卤系阻燃剂主要应用在热塑性塑料和热固性树脂中,热塑性塑料中阻燃剂的应用以溴系的十溴二苯醚,十溴二苯乙烷,八溴醚,溴代聚苯乙烯等为主,卤系阻燃剂具有阻燃效率高,价格适中,对阻燃制品性能影响小,与塑料等相溶性好,使用方便,加工性能好等诸多优点。因此受到市场的青睐。在电子电器,汽车,建筑,包装,纺丝等行业的塑料制品阻燃中由于对材料的机械性能要求苛刻,卤系阻燃剂几乎是一枝独秀。卤系的十溴二苯醚,十溴二苯乙烷,四溴双酚A等在阻燃热固性树脂方面也有非凡表现,但有被价格低廉的无机阻燃剂和磷系取代的趋势。

氢氧化铝是问世最早的无机阻燃剂之一,也是国际上阻燃剂中用量最大的一种。目前氢氧化铝占全球无机阻燃剂消费量的80%以上,广泛应用于各种塑料、涂料、聚氨酯、弹性体和橡胶制品中[4],具有阻燃、消烟、填充
3大功能,不产生二次污染,能与多种物质产生协同作用、不挥发、无毒、无腐蚀性、价格低廉。氢氧化铝的阻燃机理是向聚合物中添加氢氧化铝,降低可燃聚合物浓度;在250℃左右开始脱水,吸热,抑制聚合物升温;分解生成的水蒸气稀释了可燃气体和氧气浓度,可阻止燃