阻燃高分子材料.pptx

目录高分子阻燃剂的简介高分子阻燃材料分类高分子阻燃材料分类高分子阻燃剂的制备及特性阻燃高分子材料的应用与发展阻燃机理和阻燃技术阻燃机理和阻燃技术第1页/共19页高分子阻燃剂的简介 在阻燃材料发展迅猛的今天，关于阻燃剂的研究越来越受到人们的重视，各类新型的阻燃剂应运而生，高分子阻燃剂就是其中的一大类。由于高分子阻燃剂使用方便，阻燃效果好，低烟低毒，相溶性，分散性好，同工程塑料共混容易，加之本身耐热温度高，耐化学药品性能好，因此既具有阻燃的作用、又有共混复合的效果。不仅对基体塑料的物理机械性能和加工性能影响很小，对于一些基本塑料的物理机械性能和加工性能还能有所改善。由于高分子阻燃剂与低分子阻燃剂相比具有许多优越性，以致于国内外在这方面研究的人越来越多。第2页/共19页 阻燃剂是一类能够阻止塑料引燃或抑制火焰传播的助剂。根据其使用方法可分为添加型和反应型两类，添加型阻燃剂是在塑料的加工过程中掺入塑料中，多用于热塑性塑料。反应型阻燃剂是在聚合物合成过程中作为单体化学键合到聚合物分子链上，多用于热固性塑料，有些反应型阻燃剂也可用作添加型阻燃剂。按照化学结构，阻燃剂又可分为无机和有机两类，在这些化合物中多含有卤素和磷，有的含有锑、硼、铝等元素。第3页/共19页 阻燃剂的阻燃作用就是在聚合物材料的燃烧过程中能阻止或 抑制其物理或化学变化的速度，具体说来，这些作用体现在以下几个方面。吸热效应其作用是使高聚物材料的温度上升发生困难。覆盖效应其作用是在较高温度下生成稳定的覆盖层，或分解生成泡沫状物质，覆盖于高聚物材料的表面，使燃烧产生的热量难以传入材料内部，使高聚物材料因热分解而生成的可燃性气体难于逸出，并对材料起隔绝空气的作用，从而抑制材料裂解，达到阻燃的效果。如磷酸酯类化合物和防火发泡涂料等可按此机理发挥作用。第4页/共19页稀释效应此类物质在受热分解时能够产生大量的不燃性气体，使高聚物材料所产生的可燃性气体和空气中氧气被稀释而达不到可燃的浓度范围，从而阻止高聚物材料的发火燃烧。例如，磷酸胺、氯化胺、碳酸胺等加热时就能产生不燃性气体CO2,NH3,HCl和H2O。转移效应其作用是改变高聚物材料热分解的模式，从而抑制可燃性气体的产生。例如，利用酸或碱使纤维素产生脱水反应而分解成为炭和水，因为不产生可燃性气体，也就不能着火燃烧。氯化胺、磷酸胺、磷酸酯等能分解产生这类物质，催化材料稠环炭化，达到阻燃目的。第5页/共19页抑制效应(捕捉自由基)，高聚物的燃烧主要是自由基连锁反应，有些物质能捕捉燃烧反应的活性中间体HO、H、O、HOO等，抑制自由基连锁反应，使燃烧速度降低直至火焰熄灭。常用的溴类、氯类等有机卤素化合物就有这种抑制效应。增强效应(协同效应)有些材料，若单独使用并无阻燃效果或阻燃效果不大，多种材料并用就可起到增强阻燃的效果。第6页/共19页高分子阻燃材料的分类聚合物/碳类纳米复合材料水合金属氧化物复合材料磷硅添加复合材料第7页/共19页阻燃机理和阻燃技术 材料的阻燃性，常通过气相阻燃、凝聚相阻燃及中断热交换阻燃等机理实现。气相阻燃：抑制促进燃烧反应链增长的自由基而发挥阻燃功能。凝聚相阻燃：在固相中延缓或阻止高聚物热分解起阻燃作用。中断热交换机理类的阻燃：将聚合物燃烧产生的部分热量带走而导致的阻燃。但燃烧和阻燃都是十分复杂的过程，涉及很多影响和制约因素，将一种阻燃体系的阻燃机理严格划分为某一种是很难的，实际上很多阻燃体系同时以几种阻燃机理起作用。第8页/共19页气相阻燃机理阻燃材料受热或燃烧时能产生自由基抑制剂，从而使燃烧链式反应中断。阻燃材料受热或燃烧时生成细微粒子，它们能促进自由基相互结合以中止链 式燃烧反应。阻燃材料受热或燃烧时释放出大量的惰性气体或高密度蒸汽，前者可稀释氧 和气态可燃物，并降低此可燃气的温度，致使燃烧中止;后者则覆盖于可燃气上，隔绝它与空气的接触，因而使燃烧窒息。可挥发性、低沸点的含磷化合物，诸如三烷基氧化磷(R3PO)，属于气相阻燃剂。质谱分析表明，三苯基膦酸酯和三苯基膦氧在火焰中裂解成自由基碎片，这些自由基像卤化物一样捕获H及O游离基，从而起到抑制燃烧链式反应的作用。第9页/共19页凝聚相阻燃机理阻燃剂在凝聚相中延缓或阻止可产生可燃气体和自由基的热分解。阻燃材料中比热容较大的无机填料，通过蓄热和导热使材料不易达到热分 解温度。阻燃剂受热分解吸热，使阻燃材料温升减缓或中止。阻燃材料燃烧时在其表面生成多孔炭层，此层难燃、隔热、隔氧，又可阻止可燃气进入燃烧气相，致使燃烧中为维持继续燃烧，必须具有足够的氧气和可燃性气体混合物。如果热裂解生成的自由基被截留而消失，燃烧就会减慢或中断。第10页/共19页中断热交换阻燃机理这是指将阻燃材料燃烧产生的部分热量带走，致使材料不能维持热分解温度，因而不能维持产生可燃气体，于是燃烧自熄。例如，当阻燃材料受强热或燃烧时可熔化，而熔融材料易滴落，因而将大部分热量带走，减少了反馈至本体的热量，致使燃烧延缓，最后可能终止燃烧。所以，易熔融材料的可燃性通常都较低，但滴落的灼热液滴可引燃其他物质，增加火灾危险性。第11页/共19页高分子阻燃剂的制备及特性 高分子阻燃剂的合成通常是由单体在引发剂存在下通过缩聚或加成聚合而得到的。下面把几种重要的高分子阻燃剂的合成方法及性能介绍一下。1、FR1025(聚丙烯酸五溴苯酯聚丙烯酸五溴苯酯)FR 1025是由1丙烯酸五溴苯基甲酯单体在引发剂存在下乳液聚合制得，产品为白色流动性粉末。其聚合反应如下式表示：第12页/共19页其单体可由丙烯酰氯与五溴苯甲醇反应制得。过程如下式所示:FR 1025具有高的阻燃效率和热稳定性，良好的加工性，优良的抗大气性和化学稳定性，令人满意的电气性能。它与高聚物及增强材料能很好相容，在基材中不迁移，不起霜。它特别适合用于制造复杂电子设备的工程塑料(包括增强的及未增强的)，如尼龙6，尼龙一66，PBT等。第13页/共19页2、阻燃聚酯多阻燃聚酯多元元醇醇 阻燃聚酯多元醇合成方法如下：先将磷酸与三羟甲基丙烷在真空下加热脱水生成三羟甲基丙烷磷酸酯，然后与环氧氯丙烷反应制得含磷、氯的阻燃树脂。其反应如下式所示：第14页/共19页 这类阻燃剂适用作结构型聚氨酯软泡料的阻燃剂，效果良好。第15页/共19页阻燃高分子材料的加工及应用常见阻燃高分子有以下几类应用：阻燃聚酯纤维。主要应用集中在磷系阻燃聚酯上。阻燃聚酰胺。主要应用集中在无卤素、力学性能优良 的阻燃聚酰胺。阻燃热塑性聚酯塑料。发展比较成熟的有含卤阻燃剂和含磷阻燃 剂。如阻燃PET/PBT/PC等。阻燃聚乙烯。由于PVC为易燃材料，且是主要的电缆材料，阻燃 性能的提高对于安全使用十分重要。阻燃聚丙烯。PP也是易燃材料，它的阻燃主要采用溴化物和三氧 化二锑复合阻燃体系、有机硅复合阻燃体系、膨胀阻燃体系等。阻燃复合材料。主要有PA、PET、PBT、PS 与粘土纳米材料复合 阻燃体系。第16页/共19页阻燃剂发展方向：无卤阻燃剂。由于环保需求及法规越来越紧迫，开发无卤阻燃剂是个大方向。膨胀型阻燃剂。该类阻燃剂在受热时能形成多孔、膨胀和致密的碳层隔绝热量传递并阻止可燃性、挥发性物质的扩散而达到阻燃的目的。高分子阻燃剂。解决低分子阻燃剂与聚合物相容性不好的缺点。第17页/共19页谢谢观赏谢谢观赏第18页/共19页感谢您的观看！第19页/共19页