阻燃材料的发展现状与趋势浅析

[2018-01-10 17:05]

阻燃材料包括有机阻燃材料以及无机阻燃材料,当前的阻燃材料是添加阻燃剂之后的能够实现阻燃效果的材料。一般来讲,阻燃剂种类多样,分有机阻燃以及无机阻燃,有机阻燃剂阻燃效果好,添加剂比较少。不过有机阻燃剂在燃烧中存在发烟量大以及释放有毒气体的弊端。无机材料具有无毒、无烟、不挥发以及价格便宜等优点,不过其中存在大量添加剂。比较常见的阻燃剂有氢氧化铝以及氢氧化镁阻燃剂。无机阻燃剂可以当作助剂添加入塑料或者橡胶当中达到防火的效果。比如在电线、汽车轮胎或者运输袋中,从而切实保障交通安全以及用电安全。此外,可以添加入各种油漆以及涂料中,从而促使材料具备阻燃性能。

1. 阻燃剂概述

阻燃剂是高分子合成材料助推剂,利用阻燃剂可以对高分子材料进行阻燃处理,从而避免材料燃烧以及阻止火势蔓延,促使合成材料具有消烟性、自熄性以及难燃性。随着我国的合成材料用品被广泛应用在许多相关行业,如建筑业、纺织业、运输业、航天业,阻燃剂在这些行业发挥日益重要的作用,现代科学技术不断发展以及进步,以及各个国家对于安全工作的高度重视,因此,促使人们对阻燃剂的安全性以及防火性能要求也越来越高。阻燃剂的品种日益增加并且产量逐渐上升。当前,世界上阻燃剂的70%用于制作阻燃性材料,20%用作橡胶。其中5%制作纺织品,3%用于制作涂料,此外,2%用于制作木材以及纸张。

2. 阻燃材料发展现状分析

近几年,随着塑料产品的增加以及安全标准提高,阻燃材料应用更加广泛,一般来讲,阻燃材料可以分为有机阻燃材料以及无机阻燃材料。其中,有机阻燃材料主要是卤素添加剂,无机材料不但具有一定阻燃效果,而且产生氯化氢以及阻止发烟。此外,无机阻燃材料无毒、无腐蚀性以及价格便宜。美国、日本等国家的无机阻燃材料消费超过60%,然而,我国的无机阻燃材料消费只有不到10%。

2.1 卤系阻燃

卤系阻燃剂不但产量最大,而且应用最为广泛。添加了该阻燃剂的材料在燃烧过程中可以释放卤化氢,并且获得自由基,从而阻止传递燃烧链,进而生成活性低的自由基减缓燃烧。卤素阻燃剂一般应用在热塑性材料以及热固性材料中,不但阻燃效果好,而且对阻燃制品影响比较少。此外,不仅与高分子材料的兼容性较好,而且使用方便,因此,受到市场欢迎,在汽车、包装、纺织等行业中,卤素阻燃材料应用十分广泛并且日益发挥重要作用。

2.2 磷系阻燃

无机磷系阻燃剂主要包括磷酸盐、红磷等,应用比较广泛的是红磷,红磷属于较好的阻燃剂,不但具有抑烟、高效的优势,而且具有无毒的特点。然而,在实际应用中,红磷阻燃剂材料容易氧化并且释放有害剧毒气体,此外粉尘容易导致爆炸,在树脂混炼以及模塑加工中存在一定的危险性,因此,磷系阻燃材料受到一定使用限制。经过改进的红磷阻燃剂是在其中加入金属氢氧化物,一定程度上解决了高分子材料毒性问题。

2.3 镁系阻燃

氢氧化镁是一种添加型的无机阻燃剂,和其他阻燃剂对比,氢氧化镁在原料来源、制备过程以及废物处理方面都具有良好抑烟效果。一般来讲,如果发生火灾,大约80%以上是由于烟气窒息死亡,因此,当前的阻燃剂抑烟比阻燃更为重要。一般氢氧化镁的分解能以及热容量比较高,相对通常的无机阻燃剂,镁系阻燃剂合成的材料可以耐受更高温度,不但可以提高挤塑速度,而且可以大大缩减模塑实践。此外,有效提高阻燃效率。同时,氢氧化镁和其他相关阻燃剂具有良好复合能力,氢氧化镁阻燃剂在塑胶以及橡胶行业得到十分广泛的应用,未来市场潜力很大,不过相对其他阻燃剂价格更高。

2.4 铝系阻燃

一般来讲,氢氧化铝是早期的无机阻燃剂,并且也是应用量很大的一种,当前氢氧化铝占无机阻燃剂总量80%以上,被广泛应用在弹性体、橡胶、涂料以及塑料制品当中,具有消烟、阻燃、填充功能,并且可以和其他物质协同作用,价格低廉,不挥发以及无毒无腐蚀性,氢氧化铝阻燃原理是在聚合物当中加入氢氧化铝。从而降低聚合物的浓度。当温度达到250℃的时候就开始吸热以及脱水,从而可以抑制聚合物温度上升。氢氧化铝阻燃材料燃烧的过程中可以生成水蒸气对可燃气体以及氧气进行稀释,从而阻止燃烧继续。不过,氢氧化铝阻燃材料也存在一定缺陷,比如氢氧化铝阻燃效果是随着添加剂增加而强化,但如果填充过多就会降低产品的强度。此外,氢氧化铝吸热量虽然大,但是分解温度低,只能适用在加工温度低的聚合物上。

3. 阻燃材料发展趋势

3.1 无卤阻燃

卤素阻燃材料阻燃效率高以及用量少,成为当前市场上的主流产品,不过,卤素阻燃剂的缺点是会产生具有腐蚀性以及毒性的气体,从而导致电路短路或者其他金属物件腐蚀。此外,造成大气污染,对于人体呼吸道产生严重影响。最近几年,英国、挪威、澳大利亚已经颁布一系列法令,对某些塑料制品进行燃烧毒性试验,因此,开发无卤阻燃剂逐渐成为世界趋势。无机阻燃剂来源比较丰富并且价格较低,不过其阻燃效果差以及添加剂过多。红磷阻燃剂效率高、用量少,在很多行业得到十分广泛的应用,不过红磷阻燃剂稳定性需要进一步加强,红磷具有容易爆炸以及容易着色的弱点。膨胀型阻燃剂在燃烧过程中发烟量较少并且没有有毒气体释放,因此,应当加强对膨胀型阻燃剂研究力度。我国的北京理工大学、中国科技大学、安徽化学研究院以及上海消防大学对膨胀型阻燃剂加强了研究,有望开发新型产品投入市场使用。

3.2 减少有害气体

根据相关统计表明,火灾中死亡原因大多是由于燃烧中物品所释放的有毒气体导致,研究新型的阻燃剂,降低材料燃烧的有毒气体以及烟量,是当前阻燃领域重点研究课题。当前主要采取的抑烟剂主要包括过渡金属氧化物、金属氧化物、镁-锌复合物、氧化锡、二茂铁、氧化铜等等,主要产品是美国公司的硼酸锌系列,钼酸盐系列等。其中,部分无机填料同时具有阻燃以及抑烟效果。此外,膨胀型阻燃剂多孔碳层也具有抑烟以及阻燃作用。通过研究新型阻燃剂,从而提高材料的抗高温能力以及防火性,一方面减轻有害气体对于人体呼吸道的危害,另一方面抑制火势蔓延避免造成更大损失。

4. 结束语

综上所述,本文主要对当前阻燃材料的发展现状与趋势进行分析,其中,阻燃剂的种类比较多,包括无机阻燃剂以及有机阻燃剂,针对当前的高分子材料制品以及国家安全标准提高,应当促使阻燃材料难以燃烧或者燃烧的过程中无烟无毒,避免环境污染以及造成呼吸道问题,阻燃剂种类繁多,包括卤系阻燃剂、磷系阻燃剂等,阻燃剂未来发展趋势包括无卤素趋势以及减少有害气体趋势。

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