阻燃高分子材料

阻 燃 原 理

从本质上来说，阻燃作用是通过阻止或者减缓一个或众多要素来达到成效的。它一般需要提升高分子材料的热稳定性，进而捕捉一定的游离基，在形成非可燃保护膜的基础上，吸收一定的热量，随后形成气体的隔离层，最终稀释氧气与其他可燃性气体，一般情况下，阻燃机理可以分为凝聚相阻燃机理、气相阻燃机理和中断热交换阻燃机理。

凝聚相阻燃机理指的是阻燃材料为了阻止或延缓可燃性气体的产生与自由基的热分解,需要在固相表面生成数道碳层,这些碳层需要具备隔热、难燃、隔氧等性能,以阻止可燃气体进入燃烧的气相中,最终促成燃烧过程的中断。

气相阻燃机理指的是,阻燃材料在气相中延缓链式燃烧的反应,或者直接中断链式燃烧的反应过程。

中断热交换阻燃机理指的是,阻燃材料通过带走一部分的热量,降低热分解现场的实际温度,进而阻止可燃性气体的持续性产生,最终走向熄灭的结局。

    提高阻燃性能的方法

通过在高分子材料中添加阻燃剂及其他改性助剂， 使其在阻燃性能及机械加工性能和力学性能上有较大提升高分子阻燃材料根据阻燃剂的成分分为两大类: 有卤阻燃剂和无卤阻燃剂。

虽然有卤系阻燃剂 的阻燃性能能够满足生 产及生活的阻燃要求，但燃烧过程中产生卤化氢气体以及其他具有腐蚀性或者有毒有害气体，对环境不友好。

此外，添加氧化锑的卤系阻燃剂现因环保不达标已经限制使用。因此，研究清洁、对环境友好、高效、与材料兼容性好的无卤阻燃材料逐渐 成为阻燃剂的研究重点和热点方向。

无卤阻燃材料的阻燃性能与其加入量关系密切，阻燃材料加入量增加，则聚合物阻燃效果亦会迅速增加。但是，过高的加入量必将对基材的加工成型性和机械性能产生恶化的影响， 同时还会降低材料和其它材料的的兼容性。因此，为了提高无卤阻燃剂的阻燃性能，同时减少阻燃剂对材料本体性能的影响是其应用的主要要求，目前常用的方式有粒径超细化、协同复配处理和表面处理。

 常见的阻燃高分子材料    

层状双氢氧化物（LDH）

层状双金属氢氧化物( LDHs) 为层状无机纳米材料，与氢氧化铝( Al( OH) 3 ，亦称水合氧化铝，ATH) 和氢氧化镁( Mg ( OH) 2 ，亦称水合氧化镁， MH) 具有相似的组成和结构，兼具两者的优点，且其本身不含有任何有毒物质，因此是一种理想的阻燃和抑烟型绿色阻燃剂。

纳米金属有机框架材料（MOFs）

MOFs 是由有机配体与金属离子或团簇通过自组装的方式形成的具有网状结构的有机 －无机杂化多孔材料。MOFs的设计具有灵活性，结构具有可调性。

笼型倍半硅氧烷（POSS）

POSS 是一种新型的硅系阻燃剂，具有有机 －无机杂化结构，POSS 在改善材料阻燃性能的同时，能有效改善聚合物的力学性能、加工性能及耐热性能等。

应用领域

汽车领域：

汽车工业用的聚氨酯 (PU)材料制品，主要包括软质、硬质、半硬质泡沫塑料、PU弹性体、热塑性PU弹性体、胶黏剂、密封胶和涂料等，这些材料主要用于汽车仪表盘、方向盘、汽车顶棚、坐垫、靠背、车门、扶手、门内板等零部件，如图2所示。由于脂肪链中O、C和H含量高，因此PU极易燃烧且不易自熄，燃烧时会产生有毒烟雾，故用在汽车内饰中一定要对其进行阻燃改性，使其达到车用阻燃标准。早期阻燃PU使用的阻燃剂大多为卤系阻燃剂，然后无卤化政策的推行使其应用受阻，目前使用较多的是无卤阻燃剂、无机添加型阻燃剂，以及磷氮系阻燃剂。其中，含磷氮的有机阻燃剂由于优异的阻燃性能以及添加量少等优点受到广泛关注。

建筑领域：

       近年来，在建筑工程领域应用的阻燃高分子材料越来越多。王娜等[7]用卡拉胶将聚磷酸铵包覆起来，将其用作阻燃剂添加至水性环氧树脂中，进行阻燃级别可达V-0级的阻燃防火涂层的制备，试验结果显示此材料在建筑阻燃涂层中具有比较突出的发展与应用潜力。侯培鑫等将石墨烯、含磷阻燃剂DOPO、硅烷偶联剂一起让它们进行反应，以此制备得到一种复合型阻燃添加剂，并用于对环氧树脂的改性，结果表明，含磷阻燃剂DOPO可以在很大程度上优化树脂材料的热稳定性与阻燃性，硅烷偶联剂的主要作用则在于改进高分子材料的力学性能。此外，在被应用于建筑工程领域时，石墨烯、含磷阻燃剂DOPO、硅烷偶联剂反应所得的复合阻燃添加剂只需添加很少的剂量便能使树脂材料达到建筑材料阻燃要求，这能够在较大程度上减少建筑材料成本。

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