高分子材料阻燃技术篇1

[关键词]防火涂料阻燃机理评估方法

随着高分子材料在各种场合的广泛应用,火灾的潜在危险也在增加,许多建筑物构件在高温下失去荷载能力导致建筑物坍塌,给人们生命财产造成巨大损失。防火涂料涂覆于物体表面,在遇火时涂膜本身难燃或不燃,对基材有较好的保护作用,为灭火和人员撤离赢得了时间。因此对它的研究和应用已引起了世界各国的高度重视。

一、防火涂料阻燃机理研究

关于防火涂料阻燃机理的报道较少,而且主要是一些定性的讨论,但从防火涂料研究和生产单位在实行工作中遇到的一些问题来看,对防火涂料的阻燃机理进行研究势在必行,其理论意义和实际意义都非常重大。

1.非膨胀型防火涂料的阻燃机理

防火涂料在燃烧中吸收大量的热量,使温度难以上升,其自身不燃烧并形成一层隔绝氧气的釉状保护层,对物体起到一定的保护作用,但隔热性能较差。

2.膨胀型防火涂料的阻燃机理

膨胀型防火涂料平常保持普通涂膜状态,遇火时,涂层发生软化熔融,膨胀形成海绵状或蜂窝状炭化层。对磷-氮-炭的防火膨胀体系用热分析(TG和DTA)、扫描电镜(SEM)能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)等方法研究得到如下结论:脱水成炭剂(APP)受热分解生成酸;多羟基碳化剂(季戊四醇)在酸的催化下脱水分解成炭;基料中树脂受热熔融在发泡剂(三聚氰胺)的作用下膨胀发泡,同时进一步形成炭化层。根据X射线衍射图分析表明,这种炭化层属于无定型炭结构,其实质是石墨的微晶体,所以一旦形成这种泡沫状炭化层,其本身很难燃烧,又有很好的隔氧、隔热作用,有效的阻止燃烧继续进行。

3.防火涂料的阻燃机理有以下几种

凝集相界面反应的阻滞;能阻滞气体燃烧的气体阻燃剂的气相反应;阻燃剂吸热分解或吸热气体反应对燃烧的阻滞;产生能稀释气相反应物浓度的不燃气体;形成能阻碍对底材供热或阻滞反应物转移至火焰区域的隔离区。

二、防火涂料的评估方法研究

产品的标准和方法标准给防火涂料的研究开发、推广应用和产品质量监督管理提供统一的技术依据。但由于材料在温度条件下的复杂性,单一的评价方法很难表征防火涂料的阻燃特性,特别是随着科学技术的发展,对阻燃材料的评估的目标是力求实验结果与实际情况之间具有较好的关联性。

为了全面的表征一项阻燃产品,从阻燃体系的各种原材料开始到阻燃制成品在不同环境条件下,在不同温度受热条件下,直至不同燃烧状态下的气相和凝聚相的分解产物都要进行分析,并进行与实际使用性能有关的评价,即要从阻燃产品的外观色泽开始,直至分解气体的毒性都要进行分析、鉴定和评价。因此,必须综合地运用各种分析测试方法。

先进的涂料检测技术目前对防火涂料的常规检权在于外观、颜色、光泽、粘度、表干时间、固体含量、硬度、冲击强度、粘结强度、耐水性等宏观检测来评价防火涂料性能。将X射线分为析仪、X射线光电子光谱仪、自动电子光谱仪、离子微分析仪、富里叶红外光谱、紫外光谱仪、红外光谱仪、核磁红振仪、色差计、锥形量热仪、热分析仪、扫描点镜现代化仪器用于涂膜性能测验,可深入到内部测验试结构和界面状态,进行微观控制,对研究产品的阻染机理,产品配方的设计、研制、改性,产品烟和毒性气体的释放、火模型化研究以及高分字产品阻燃的研究、开发和应用具有很大的促进作用。

三、防火涂料的发展方向

防火涂料关键部分是阻燃剂,近年来,阻燃技术的研究和阻燃产品的开发应用已受到各界重视。主要的发展方向有:

1.开发多效、高效、低水溶性脱水成炭催化剂和发泡剂。

2.多种阻燃剂协同作用合理搭配。

3.环保型防火涂料

目前保护环境、节约能源的呼声越来越高,防火涂料也随着整个涂料工业向节能、底污染、高性能方向发展。水性涂料由于无毒安全、节约资源、保护环境、成为建筑涂料发展主要方向,也将是涂料品种革的最终归宿。坚持发展水性防火涂料,尽量减少或避免因生产、施工或燃烧造成环境污染和人身危害,研制水星膨胀型防火涂料将成为主要发展方向,同时着眼与一步提高涂层的耐水性、防火性及装饰性。

4.膨胀型和非膨胀型防火涂料相结合

配方中既含有膨胀型组分,又含有较多耐火填料组分,还假如高熔点的无机纤维等,使涂料在高温火焰作用下形成低膨胀率的高强灰化层,确保膨胀涂层长时间耐火隔热而不脱落。例如。LB钢结构膨胀型防火涂料就采用无机和有机复合粘结剂。而在P――C――N膨胀防火体系中加入新型耐火绝热材料,起到“晶核”和“钢筋”的作用。

5.采用辐射交联、等离子改性接枝等技术进行高分子材料阻燃改性研究。国内外在阻燃剂方面努力向超细化、微胶囊化、表面处理、协同增效复合化等方面进行产品开发。新型卤系阻燃剂的发展趋势是提取高分子量,改进分子结构,添加防滴落助剂,提高耐热性、耐喷霜性、加工性和卫生安全性,同时找寻多溴二苯醚的代用品也将受到重视。

随着有机合成材料的大量应用,其难燃化问题也日益突出。含卤素等难燃化的有机聚合物往往导致材料的物性变劣,使用寿命缩短、价格提高。采取在其表面涂覆防火涂料的办法来进行防火保护,不但能保持原来有机合成材料的优良性能,而且经济适用。另外,防火涂料在有机合成材料上的应用也有广阔的前景。

参考文献:

[1]徐晓楠新一代估计方法――锥形良量热仪(CONE)法在材料阻燃研究中的应用,中国安全学,2003.13(1):19-22

高分子材料阻燃技术篇2

Abstract:throughthecomparisonofthemodifiedasphaltbyaddingdifferentamountofhalogenatedflameretardants,(includinginorganicflameretardantmagnesiumhydroxideandaluminumhydroxide),onasphaltpropertiesandeffectoftheflame-retardantpropertiesofinorganicflameretardantflameretardant,comeinallmorethanhalogenflameretardantagent,andinorganicflameretardantasphalthighwaytunnelbyroadsurfacehasaflameretardantstudyonroadperformanceofflameretardantasphaltpavement,whichcanbefurtherpromotionandtheapplication.Basedontheanalysisoftheasphaltflameretardantperformanceevaluationmethodbasedonstandard,asphaltoxygenindextestcondition,putforwardtoevaluateasphaltflameretardantoxygenindextestmethod

关键词：公路隧道,氧指数，路用性能

Keywords:highwaytunnel,oxygenindex,pavementperformance

中图分类号：U416.217文献标识码：A

一、国内公路沥青路面发展现状

我国公路发展相对国外一些发达国家来说相对较晚，但最近几年为了更好的满足人们的需求，迅速的修建高等级公路，不可避免的出现了大量的隧道和隧道群，成为世界上公路隧道最多的国家。

但我国公路隧道火灾的研究，在很多方面还远不如发达国家，直到近年来我国才开始展开对隧道防火安全性问题的研究，取得一定的成果。我国现行隧道的防火技术标准有2003年的《地下铁道设计规范》；2005的《铁路隧道设计规范》。这些标准对隧道的防火与疏散做了相应的规定，此后也对此有过增补或是修订，但均不够完善。现国内最常用的方法是开发阻燃沥青，以达到沥青混合料的难燃性，来提高沥青路面的防火性能研究进展、成果和存在的问题。

二、研究进度和成果

由于近年来我国高速公路快速发展，隧道群的不断增加，一些安全事故也随之增多。由于隧道本身的环境特殊性，不仅仅在抗滑性能、耐久性、耐油性能方面有特殊的要求，而且对于阻燃性、照明适应性、噪音影响性等方面也提出了比较高的要求。虽然我国用于隧道的使用材料曾经以水泥混凝土路面为主，但由于水泥混凝土路面有诸多的缺陷，比如抗滑性差、行车噪音大、接缝容易破坏、路面积水不易排除等，已逐渐被沥青混凝土路面所取代。

但由于沥青的易燃性，使得沥青混凝土路面在隧道中的应用受到了极大的限制，同时也给遂道的安全问题提出了更高的技术要求。为了减少由于火灾造成的损失，开展对隧道沥青路面的防火性能研究具有重大的现实意义。

目前，沥青的阻燃主要是通过在沥青混合料中加入阻燃剂，并通过一定的改性工艺制备而成阻燃沥青材料。沥青与阻燃剂大多采用机械混合的方式，实质并未与阻燃剂发生化学反应。但是由于阻燃剂加入的含量不同，种类不同会对沥青的性能造成一定的影响，阻燃剂的掺入量越大对沥青的影响也就越大。因此，在选择阻燃剂的情况下要选择阻燃效果好、掺入量低且对沥青性能影响小的阻燃剂。

综合上述情况并结合隧道的特殊地理及使用环境，提高隧道路面阻燃性能的主要研究思想是：（1）尽量提高使用材料中可燃材料的阻燃性能，或者是在保证使用必能的前提条件下尽可能用不可燃材料代替可燃材料；（2）在火灾发生后，最大限度的减少可供燃烧的物质，比如说氧气等，尽可能的限制可供燃烧的有利因素，比如说温度等。

阻燃沥青路面的研究现已取得了一定的成果，主要的技术路线有：一是外加阻燃剂，主要是直接添加阻燃剂的方法达到阻燃的效果，主要包括直接将阻燃剂添加至沥青中。第二类是OGFC汽油逃逸技术方案，利用OGFC的大空隙特性，使泄漏到沥青路面上的汽油能够很快逃逸到路面下，降低汽油参与燃烧的数量。OGFC技术的关键是保证混合料形成坚实的骨架结构并具有足够的空隙率使泄露的油能很快逃逸到路面下面，一般情况空隙率可达到18%-25%，可以排除路面的积水，减少水雾，防止水漂。OGFC技术的机理在于：当隧道内发生燃料泄漏时，液体燃料可以通过空隙迅速渗入排水面层，最终进入两侧的边沟，以减少可供燃烧的燃料，一定程度上可以控制火势。OGFC的另一个优点在于其所含的沥青量相对较少，这就意味着在隧道火灾中可供燃烧的物质量小，一定程度上可以减缓火灾的蔓延，降低可燃物的数量以达到阻燃的目的。第三类是用不可燃的矿物纤维代替工程上广泛使用的可燃聚酯纤维，尽可能的减少混合料中可燃成分的用量。

三、存在的问题

我国对阻燃沥青的研究还不够成熟，主要采用外加阻燃剂的形式，大量采用的阻燃剂主要是有机溴-锑协效体系、有机磷系、硼酸锌等。目前存在的问题：

（1）阻燃剂的毒性大。有机溴类阻燃剂在施工和阻燃过程中会产生溴化氢等有毒物质和二唔英(多溴代二苯并二唔烷及多溴代二苯并二吠喃)等致癌物质，一旦发生火灾，将产生更多的毒物，这使得阻燃存在着非常大的安全隐患

（2）沥青燃烧发烟量大气相阻燃的最大缺点就是通过控制氧化达到阻燃的目的，但会导致不完全的燃烧从而会产生大量的烟

（3）影响沥青及沥青混合料的性能有些阻燃剂与沥青不发生化学反应，而且与沥青的分子结相差很大，一定程度上会造成阻燃剂与沥青相容性差的现象，时间长了还会发生分层离析的情况。阻燃剂对沥青有稀释作用，导致针入度降低，软化点降低，延度与粘度降低，因而降低了沥青的性能

四、沥青路面阻燃剂最佳掺量

1阻燃剂的作用机理

高分子材料阻燃技术篇3

【关键词】燃烧；机理；阻燃剂；

随着科技的发展，聚合物材料被广泛应用在日常生活的各个方面。因此，阻燃剂的重要性被人们深刻认识到，合理的材料阻燃剂处理成为减少火灾的重要手段之一。美国国家标准局曾进行多次小型及大型试验，比较了几种典型塑料制品的阻燃试样及未阻燃试样的火灾危害程度。其试验的结果是加入阻燃剂的材料燃烧时的质量损失速度明显降低，为火灾的救援提供了充分的时间，并有效的减少了毒气的排放量等。总之，在很多方面阻燃材料的火灾安全特性都明显高于其他未加入阻燃剂的材料，为生活生产提供了可靠保障。

1聚合物的燃烧机理

高聚物的燃烧过程是一个剧烈的热氧化过程，这一复杂的燃烧过程可分为以下五个阶段：

1.1加热阶段这阶段是聚合物吸收了外部热源产生的热量给，聚合物开始快速升温。聚合物的理化特性和其与热源的接触面积等因素决定了聚合物的升温速度。

1.2分解阶段当聚合物的温度达到一定数值时，其分子的化学键开始断裂，可燃气体、固液态产物和不完全燃烧的烟尘粒子等逐渐开始产生。

1.3着火阶段聚合物在分解阶段产生的可燃气体达到一定的浓度，且温度也达到其燃点与闪点，当氧或氧化剂存在足够数量时，可燃气体就会开始燃烧。

1.4燃烧阶段燃烧所释放的能量和活性游离基会引起一系列的链锁反应，燃烧开始自动传播与扩展起来，火焰由小变大。

1.5火焰传播阶段在燃烧达到这一阶段时，材料的表面完全暴露出来，加快火焰传播速度。

2阻燃机理

可燃物，着火源和氧化剂时维持燃烧的三个重要因素。只要其中一个因素扰，就可到达抑制燃烧的目的。根据影响燃烧的主要因素，可将阻燃机理分为凝聚相阻燃及气相阻燃。但是不同结构的阻燃剂其阻燃机理也会有很大区别，以下按照阻燃元素的种类介绍其作用机理。

2.1卤系阻燃剂的阻燃机理

卤系阻燃剂的阻燃机理主要是通过捕获自由基，气相中的链支化反应被抑制从而实现阻燃。有学者研究指出，卤系阻燃剂还能达到凝聚相阻燃作用，一些含卤化合物在高温会释放卤化氢，凝聚相化合物与卤化氢发生环化缩合反应，在材料表面形成保护层，从而阻止了周边材料的进一步氧化裂解。

2.2卤一锑协同效应体系的阻燃机理

三氧化二锑和卤化物在高温下会分解放出的卤化氢并作用生成SbOCL。在产生这个表面效应时会有大量热量散发，减缓了燃烧速度。由于在反应中形成了交联聚合物，从而材料的热稳定性得到了提高。

2.3有机磷系阻燃剂的阻燃机理

有机磷系阻燃剂主要以凝聚相作用为主。磷化物受热分解生成磷的含氧酸，多羟基化合物在这些酸的作用下脱水炭化，在聚合物表面产生的焦炭层起到了阻燃的作用。

2.4氢氧化镁和氢氧化铝的阻燃机理

氢氧化镁和氢氧化铝的阻燃机理是氢氧化铝（镁）在分解时需要吸收热量从而减缓和阻止了燃烧。

2.5硼酸盐的阻燃机理

它是一个多功能阻燃剂，不但具备了前几种阻燃剂的阻燃机理，同时还具有改善炭层的质量的作用，从而实现了阻燃的目的。

3阻燃剂的种类

3.1卤系阻燃剂它是全球产量最大的有机阻燃剂之一，主要包括溴系和氯系两大类，常用的有多溴二苯醚、溴代苯酚、四溴双酚类、卤代邻苯二甲酸酐类、双环辛烷、全氯五环癸烷、绿化石蜡、氯化聚乙烯等，它们的阻燃机理相同，其中以溴系阻燃剂为主。其中应用最广泛的是溴系阻燃剂一十溴二苯醚。

十溴二苯醚的热稳定性非常良好，溴含量和纯度都相当高，而且制造工艺简单，价格较低。工业十溴二苯醚为白色粉末，熔点300-310℃，溴含量83％，密度3.25g每立方厘米。十溴二苯醚阻燃剂可用于聚乙烯、聚丙烯ABS树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯等制品中。如果与三氧化二锑同时使用阻燃效果更为理想。其同类产品还有多溴二苯醚、八溴二苯醚、五溴二苯醚等。然而，这种阻燃剂也引发了问题，由于“二嗯英问题”的发现，这类溴系阻燃剂的应用遇到了很大的冲击。1986年瑞士科学家发现，多苯二苯醚热裂或燃烧时，生成有毒的二恶烷，德国科学家的实验也证明了其燃烧会生成二恶烷。

3.2有机磷系阻燃剂

其中包括磷酸酯类、含卤磷酸酯类膦酯脂类。这类阻燃剂属于添加型阻燃剂，其优点是：阻燃效果比溴化物要好，容易与各种有机物混合，性能稳定，价格较低。

3.3膨胀型阻燃剂

膨胀型阻燃剂是一类环保型阻燃剂，近年来发展极快，具有很大的市场。它主要活性组分为磷和氮，不含卤素。一般由酸源、碳源和气源组成。对于不同的聚合物，有时并不需要同时加入几种组分，加入其中一种或几种就可以达到阻燃的目的。近些年来，人们正在大力研究单质膨胀型阻燃剂，但大多数仍处于试验阶段。

以上是主要的三大类阻燃剂，此外还有水溶性阻燃剂（APP），这是一种优质、高效、无毒的无机阻燃剂，是各种膨胀型防火涂料及阻燃制品必加的防火添加剂。但他们在实际生产中主要起辅助作用。

4阻燃剂的应用

高分子材料阻燃技术篇4

实验室通过对阻燃硅橡胶材料进行切片并测定某种材料配比下的硅橡胶切片燃烧后的自由熄灭时间以及燃烧速度等阻燃效果参数，实验结果显示氢氧化铝作为橡胶阻燃添加剂硅橡胶产品的阻燃性能能效果良好，但是当氢氧化铝添加量超过某一界限，硅橡胶材料的机械加工性能与力学性能将下降。该实验测得：硅橡胶200份，气相白炭黑80份，硅胶硫化剂2份，氢氧化铝120份，十溴二苯醚80份，三氧化钼2份，这种阻燃剂添加的配置比例，能够使的阻燃硅橡胶具有优良的阻燃效果，同时还具有良好的机械加工性能与综合力学性能。

关键词：阻燃剂硅橡胶研制工艺氢氧化铝

中图分类号：TQ33文章编号

绪言：

在阻燃硅橡胶的研制过程中，需要各种化学材料的配比。RTV一1硅橡胶中加入表面经硅烷偶联剂处理后的三氧化二铁等材料，此时整个橡胶的耐热阻燃性能大大提高；当三氧化二铁的添加量增加到十份时，RTV一1硅橡胶在全天候的280℃度的环境下热老化后，橡胶的断面拉伸强度与伸长极限和橡胶的整体硬度的具体变化量并不是很大；因此使用经六甲在二硅氮烷表面进行处理的沉淀法白炭黑作增强剂、硅氮烷作羟基清除剂，这种材料配比方式同样能够提高硅橡胶的耐热阻燃性能；而运用氢氧化镁与十溴联苯醚的复合配比方式制成的耐热阻燃剂，对提高橡胶的耐热阻燃性能具有非常重要的作用，能够使得硅橡胶的阻燃性达到非常高的等级。

一、阻燃硅橡胶的优良性能

硅橡胶是指大量分子在主链上是由-Si-O-无机分子互相聚合的排列方式，它的侧链是一团有机分子结合的弹性结构，能够使橡胶不但具有足够的抗拉强度，而且还具有良好的弹性。现代工业生产的硅脂橡胶是一种无机与有机的饱和原子团在主侧链上相互连接形成的同时具有强度与弹性的结构体，其中最具代表性的就是甲基乙烯基硅橡胶。硅橡胶的只要特点：对环境温度的剧烈变化不敏感，其在工业生产的一100℃～300℃温度区间内仍能保持自身良好的性能，硅脂橡胶在现代工业生产中的所有橡胶中的低温性能很高；同时由于硅原子的特殊结构，使得硅脂橡胶拥有非常好的生物医学结核性，能够植入人与其他动物的身体内而不引起身体的排斥；而且由于它的表面张力很小因此还具有良好的表面性能，即使在很高的温度下对大部分材料仍不粘连，拥有良好的隔水性能；同时还拥有良好的透气性能能够用作食品等的保鲜材料；拥有非常优良的绝缘性能，因此能够用来做优质的绝缘材料；具有优异的高温抗老化性能，但是在密闭情况下的抗老化性尤其是在湿润环境下的抗老化性能相对较差；除此之外硅脂橡胶在几乎所有的工业橡胶材料当中的机械强度中是最为劣质的。

本文的主要研究对象是甲基乙烯基硅橡胶材料，同时分析研究在甲基乙烯硅脂橡胶材料中加入少许的非饱和乙烯分子有机团改善橡胶材料的硫化加工工艺性能和加工合格率，同时能够使加工橡胶材料的高温强度与抗老化性能大大提高。甲基乙烯硅脂橡胶具有很好的可燃性，在空气中遇到明火会剧烈燃烧生成白烟，经燃烧反应后能够分解生成的气体主要有氢气、一氧化碳、二氧化碳、乙烷、甲烷、乙烯等，生成的固体残渣为二氧化硅固体。阻燃硅橡胶顾名思义是指在硅橡胶配方中加入适量的阻燃添加剂，从而使制成的橡胶材料拥有燃烧条件苛刻或者能够自行熄灭的特点，工业生产过程中比较常见的阻燃剂分为添加型、化学反应型两大类。化学反应型阻燃剂能够使橡胶材料燃烧时产生较多的废渣并引起橡胶成分的特殊化分解从而抑制材料的进一步燃烧，考虑到现在的环境污染问题，未来阻燃剂研发思路将沿着低毒性、易降解、低卤化并对材料的综合性能影响较小的复合阻燃剂。目前西方发达国家正在将低卤化阻燃剂纳入国家法规之中，进一步加快未来阻燃剂向着低卤、无卤的方向发展，但是由于经济条件与阻燃剂研发技术的限制，许多国家限制生产使用无卤化阻燃剂橡胶材料并不现实。

二、阻燃硅橡胶的研制

1、阻燃硅橡胶生产原料

甲基乙烯硅橡胶（MVQ110-2）：南京爵精细化工有限公司提供；氢氧化铝：北京市天河化学试剂厂提供；气态白炭黑：河北联科白炭黑有限公司提供；橡胶硫化剂：浙江省海安县东洋化工厂提供；消烟剂三氧化，三氧化二锑，，白色粉状十溴二苯醚等：北京市天河化学试剂厂提供。

2、阻燃硅橡胶基本配方

现代工业产品的阻燃硅橡胶基本配方：硅橡胶基体：200份；气态白炭黑：80份；氢氧化铝、氯化石蜡、三氧化二锑、十溴二苯醚据不同性能要求而定。

3、阻燃硅橡胶具体制备方法

首先按照阻燃硅橡胶的基本配方比例选取硅橡胶基体、白炭黑等原料的质量，在橡胶进行制备过程中要控制温度始终在五十摄氏度以下以防基底原料发生反应或者相互粘接造成混合不均匀等问题。然后将混合的生胶包裹在慢速辊机器上，然后逐渐增加辊机的速度，辊制一段时间后就要添加各种塑性增强剂、橡胶的成型结构控制剂、耐热性优良的硫化剂并将这些添加剂充分地混合均匀，加料工艺宣告结束进入最后成品阶段。

4、橡胶成品的阻燃性能测定

对于硅橡胶阻燃效果的测试需要测定的两个基本参数：第一就是橡胶燃烧过程中的消耗氧气的质量；第二就是橡胶材料的自行熄灭的时间长短。

第一组是三氧化二锑，氯化石蜡作为阻燃添加剂其他配料保持相同时的硅橡胶的阻燃效果（如下表）：

通过分析以上表格数据可得：三氧化二锑和氯化石蜡以适当比例加入硅橡胶基体中阻燃添加剂能够达到不错的阻燃效果，而且可以知道随着这两种添加剂使用量的增大，硅橡胶的阻燃效果更加明显。

第二组是十溴二苯醚、三氧化二锑作为阻燃添加剂的橡胶阻燃效果（如下表）：

从以上表格数据可得：阻燃硅橡胶工业生产过程中十溴二苯醚与三氧化二锑作为阻燃添加剂配合使用时阻燃线过很差，但是当十溴二苯醚单独作为阻燃添加剂使用制成的阻燃硅橡胶的自行熄灭时间仅为5秒钟，阻燃效果非常好。

第三组是氢氧化铝和三氧化钼作为阻燃添加剂的硅橡胶的阻燃效果（如下表）：

由以上表格中的数据可得：氢氧化铝的阻燃效果随着添加量的增加，阻燃效果越发明显，但是前面已经介绍阻燃硅橡胶的工业生产过程中氢氧化铝作为阻燃添加剂如果假如的质量偏多，那硅橡胶的机械性能与力学性能将会降低，因此如果单独加入氢氧化铝作为阻燃添加剂在保证同等力学与机械加工性能时，根本起不到阻燃效果。

第四组是氢氧化铝、十溴二苯醚、三氧化钼作为阻燃添加剂共同使用时的阻燃效果（如下表）：

胶在保证机械性能与力学加工性能的前提下的阻燃效果最好。

实验结论：首先是氢氧化铝与氯化石蜡的复合阻燃添加剂并不是用在硅橡胶的生产工艺中，但是单独使用适量的氢氧化铝阻燃剂能够适当提高硅橡胶的阻燃效果，但是当超过一定剂量，就会对阻燃硅橡胶的力学性能机械性能有很大影响；另外十溴二苯醚的添加能够显著提高阻燃硅橡胶的阻燃性能，是最理想的阻燃剂；与此同时阻燃效果最好的阻燃添加剂配比是：硅橡胶200份，气相白炭黑80份，硅胶硫化剂2份，氢氧化铝120份，十溴二苯醚80份，三氧化钼2份，这种阻燃剂添加的配置比例，能够使的阻燃硅橡胶具有优良的阻燃效果，同时还具有良好的机械加工性能与综合力学性能。

三、阻燃胶的应用前景与发展趋势

自从上世纪七十年展至今，蕴含高科技技术含量的高效阻燃剂以及阻燃高分复合材料已经得到了广泛地应用与普及，并在减少火灾发生频率保护人民生命财产安全方面具有非常重要的现实意义，甚至大部分发达国家更是将阻燃剂进入商用民用生产列入国家的线性法律法规中，法律规定大部分的工业和民用消费品生产过程中一定要进行阻燃技术处理，必须要达到一定程度的阻燃效果才能允许进入市场流通，与此同时随着现代阻燃技术的不断创新以及发展以及现行法律法规对于阻燃材料的高标准限制，使得现代市场上正在流通的阻燃产品更新换代的频率越来越快。根据相关数据资料的科学统计数据显示，仅仅2007年一年全球的阻燃剂产品总消耗量达到了200万吨，到2011年这一数字上升到了260万吨，仅仅五年内阻燃剂消耗量的增长速度近百分之三十；另一方面从全球阻燃剂产品总销售额来讲，2007年的全球阻燃剂的总销售额为40亿美元，到2011年这一数字就上升到了60亿美元，五年内的消费总额增长速度更是达到了百分之五十。根据国内阻燃剂相关企业的供求关系与阻燃剂金融投资行情的分析预测数据显示，现代市场中FR的需求总量与塑料制品以及其中所含有的高效阻燃材料结合品的使用量存在一定的比例关系，从2007年至2011年期间全世界的塑料制品的年平均消耗量的增长率为百分之六左右，就目前的增长趋势来讲，即使塑料中阻燃剂的用量比例维持不变，全世界对于阻燃剂的消费量也会以百分之六的速度增长。在阻燃剂总销售额方面一方面市场需求量持续上扬，因此阻燃剂等相关产品的价格也会相应地走高，另一方面随着现代塑料制品的无卤化硬性要求与市场规范化的调整，由此不难预见未来阻燃橡胶等相关产品的消费量与市场需求量将会持续走高，具有广阔的发展空间。

结语：

综上所述，氢氧化铝作为添加剂制成的阻燃硅橡胶具有优良的阻燃效果，但是随着氢氧化铝添加量的增多，阻燃硅橡胶材料的综合力学性能反而呈现下降趋势。因此要保证橡胶材料具有相近层次的阻燃效果，以上同具阻燃效果的添加剂一同添加使用，除能够克服因添加氢氧化铝过量而导致的橡胶材料综合力学性能下降的问题，还能够最大程度节约产品的生产成本，生产出具有高效阻燃性能的硅橡胶材料，保证企业具有良好的经济效益。

参考文献：

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高分子材料阻燃技术篇5

关键词：纳米氢氧化镁阻燃

Abstract:thenanomagnesiumhydroxidebecausenon-toxic,smokeless,resistancedrops,fillingflameretardanteffectisgoodandsoonthemanykindsofadvantages,hasbecomeasmokeandsmokesuppressionreducedtheimportantinorganicflameretardants.Thispapermainlyintroducesthenanonanomagnesiumhydroxideflameretardantmechanismandthecomparativeadvantage,andsimpleanalysisathomeandabroadanditsdevelopmenttendencyandapplicationsituation.

Keywords:nanomagnesiumhydroxideflameretardant

中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：

随着高分子材料愈来愈广泛地应用于生产和生活的各个领域，高分子材料的阻燃问题越来越引起人们的关注。随着化工、电器、电子、机械、汽车、船舶、航空和航天发展，对产品材质的阻燃要求也愈来愈高。纳米纳米氢氧化镁由于无毒、无烟、阻滴、填充阻燃效果好等多种优点，已成为减烟、抑烟的重要无机阻燃剂，特别适用于加工温度较高的聚烯烃塑料[1]。其燃烧时不产生腐蚀性气体，不腐蚀模具，还可以用于聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、三元乙丙橡胶及不饱和聚酯等高分子材料的阻燃[2]。因此，近年来纳米氢氧化镁在阻燃领域有较快的发展。

一、纳米氢氧化镁阻燃机理与优点

20世纪80年代至90年代初,国外学者Hornsby和Watson[3]对其作用机理进行了较深入的探讨。他们认为纳米氢氧化镁的阻燃和抑烟机理主要是由于以下几方面作用：1.纳米氢氧化镁受热分解释放出结晶水而吸收了大量的热量，抑制了聚合物材料温度上升，并能延缓其热分解和降低材料的燃烧速度。2.纳米氢氧化镁分解产生氧化镁覆盖在可燃物表面，能起到一定的物理隔热作用。3.纳米氢氧化镁分解产生的大量水蒸汽稀释了气相燃烧区中可燃气体以及其他物质的浓度。4.另外，纳米氢氧化镁有利于形成表面炭化层，阻止了热量和氧气的进入。

纳米氢氧化镁具备以下优势：1.无毒、无腐蚀性，优异的抑制HCl生成的能力。2..热分解温度高达340～430℃，分解能高达1.37KJ/g，高于氢氧化铝的1.17KJ/g，有利于提高阻燃效率[4]。3.粒径小，容易均匀分散，且对设备磨损小。4、同时纳米纳米氢氧化镁既是阻燃剂，又是补强填充剂，可减少能源的消耗。5.原料易得，生产成本低。

二、纳米氢氧化镁国内外发展情况

国外在20世纪30年代已开始生产氢氧化镁，最初主要是作为耐火材料氧化镁的中间产物。20世纪90年代以来，随着纳米科技的发展，其生产和应用在国外特别是美国和日本得到了迅速发展，据不完全统计，目前国外纳米氢氧化镁的总生产能力已超过140万吨[5]。近年来国外关于纳米氢氧化镁阻燃剂的研究开发和生产十分活跃，世界上许多化学公司纷纷新建或扩大纳米氢氧化镁的生产。如美国MartinMarietta公司新建一套年产7万吨装置，DowChemicals公司已将其年产3万吨纳米氢氧化镁装置扩大到12.5万吨/年[6]。

从80年代中后期开始，我国多家科研单位相继进行了阻燃氢氧化镁及氢氧化铝的制备工艺研究工作，并用它们取代传统的阻燃剂，取得了较好的阻燃效果。20世纪后期开始，北京化工大学、中国科技大学等单位研究了氢氧化镁的制备、结构及其在聚丙烯、聚氯乙烯、三元乙丙橡胶等高分子材料中的应用，取得了显著的进展。

目前研究中还存在一些亟待解决的问题，比如：纳米粉体团防团聚技术研究、制备过程中的结晶动力学和热力学研究、高纯度纳米粉体的工业化制备技术等。

三、纳米氢氧化镁未来发展方向

纳米氢氧化镁用作阻燃剂时，必须经过特殊处理和表面改性，未来将朝着纯度更高、粒径更小、表面极性更低的方向发展[7]。

当前，纳米氢氧化镁阻燃剂主要有两大难题需要解决[8]：一是形貌控制，普通的沉淀纳米氢氧化镁制造比较容易，但作为阻燃用的纳米氢氧化镁的粒子应为纤维状或片状，需特殊制备才能满足后续生产的需求；二是过滤性能，纳米氢氧化镁沉淀颗粒细，粘性大，给洗涤、分离操作带来很大困难。因此，对现有生产工艺进行改进，成为当前比较迫切的问题。

需要解决的问题以及今后的发展有以下几个方面：

1.研究生产过程中有关阴离子及沉淀对产物性能的影响。通过工艺改进，改善纳米氢氧化镁产品的形貌和性能，生产出不同物性指标的产品，使其比表面积大大减小，粒子之间不易聚集，在非极性树脂中的分散性和相容性得以改进。

2.纳米化。改善相容性及分散性，同时要求能改善基材的加工性能和物理性能。

3.新的制备工艺的研究。通过研究，改进现有制备工艺，探索新的制备工艺，制备出针状或纤维状纳米氢氧化镁，提高材料的扭曲强度和延伸率。

4.纳米氢氧化镁表面改性研究。选择合适的表面改性剂和用量,提高纳米氢氧化镁在材料的分散性、相容性。

5.微胶囊化。进一步提高分散性及相容性。

参考文献

[1]刘立华，张建杨，张连瑞，周长山.纳米氢氧化镁阻燃剂的应用现状及前景展望[J].化工科技市场，2006，29(3)：29～31

[2]汪关才，卢忠远，胡小平，张建华.无机阻燃剂的作用机理及研究现状[J].材料导报，2007，21(2)：47～50

[3]HornsbyPR，WatsonCL.1Wlechanismofsmokesuppressionandfireretardancyinpolymerscontainingmagnesiumhydroxidefiller[J].PlasticsandRubberProcessingandApplication，1989，11(1):45～51

[4]JursJL,TourJM.Novelflameretardantpolyaryletherssynthesisandtesting[J].Polymer，2003，44(13):3709

[5]徐传辉，王万勋，陈玉坤，曾能，何慧，贾德民.纳米氢氧化镁阻燃聚合物材料的研究进展[J].绝缘材料，2007，40(1)：32～35

[6]郭如新.纳米氢氧化镁――一种具有广阔发展前景的化工产品[J]海湖盐化工1996，26(2)：29～32

[7]孙永明，刘建兰，俞斌.新型无机阻燃剂―――纳米氢氧化镁[J].化工时刊，2004，18(6):25～26

[8]闫修川，李召好等.阻燃用纳米氢氧化镁的表面改性研究现状[J].盐湖研究，2005，13(4)：67～71

姓名：邓天彩（1982）性别:男民族:汉

籍贯（精确到县）:广东省肇庆市封开县长安镇学历:在读硕士研究生职称:助理工程师职务:检验员工作单位：佛山市质量计量监督检测中心

作者简介姓名：区卓琨（1978）性别:女民族:汉

高分子材料阻燃技术篇6

关键词：惰化堵漏降温

1、概况

随着综采、综放技术的应用，矿井高产高效得到了保证，但由于综放开采的特点，使煤自然发火出现了新情况，人们又不断致力于研究和开发防治煤自然发火的新材料和新技术。

2、综采面煤层自然发火的特点

（1）火灾一般发生在距煤体暴露面一定距离的深部。根据煤氧复合理论，煤自燃是由于煤氧复合放热的结果。煤自燃其实质是氧化放热与散热这对矛盾运动发展的过程，当煤氧化放热速率大于热量散发速率时煤温上升，放热速率小于散热速率时，煤温下降。在松散煤体的表面，由于漏风速度比较大，煤氧复合产生的热量被风流带走，因此煤温不会升高；在松散煤体深部，由于氧浓度很低，煤氧复合速度很慢，放出的少量热能通过煤体及围岩传导散发掉，煤温也不会升高；只有在距离松散煤体表面一定深度的范围内，氧浓度比较高，热量发散又比较慢，煤温才会升高发生自燃。

（2）煤自燃过程中，随煤温升高，高温点总是逆着风流移动。一旦发现煤体暴露面处有自燃征兆，火源点周围煤岩体的温度升高，这时高温煤体范围已很大。

（3）煤体自燃是煤氧复合放出热量的结果，煤氧复合只要有氧存在就能进行，氧浓度大小仅影响煤氧复合速度的大小。煤体温度越高则煤的氧化活性越高，煤氧复合反应速度越快，放热强度越大。由于煤的导热性差，煤体通过传导散热速度很慢，因此，通常较低的氧浓度与煤反应放出的热量就可维持高温煤体温度不下降。因此，煤层自燃时采用封闭灭火，灭火周期较长，火区启封后易于复燃。

（4）煤层自燃时，除了煤温很高外，还伴随大量有毒有害的有机气体。一方面煤氧化会产生一些有机气体，另一方面，在高温下，煤的大分子发生裂解，也会产生大量有害气体，高温也促使煤中的小分子挥发释放到空气中。在井下封闭空间里，煤自燃产生的有害气体容易聚集，引起井下工作人员中毒。

3、综合防灭火技术

由于煤自燃是煤氧复合的结果，影响煤自燃的主要条件是煤的表面活性结构、氧浓度和温度。因此，自燃火灾扑灭主要从三个方面着手：一是隔离煤氧接触，使自燃窒熄；二是降低煤温使煤氧化放热强度降低，最终使火熄灭；三是惰化煤体表面活性结构，降低煤氧复合速度，防止煤自燃的发生。目前常用的防灭火技术主要有如下几类：惰化、堵漏、降温等以及它们几类的综合，共同发挥灭火作用，最终实现防灭火的目的。

（1）注水和灌浆技术

水是最经济、来源最广泛的灭火材料。水的热容量很大，1L水转化成蒸汽时吸收2256.7kJ热量，同时生成1.7m3水蒸汽，大量水蒸汽能很快降低煤温，冲淡空气中的氧浓度、包围、隔离及窒熄火源的作用。灌浆防灭火技术在我国应用得较为普遍，也取得了良好的效果，成为治理井下内因火灾的主要措施之一。泥浆能够包裹煤体，其水份有增湿减缓氧化速度，浆流能充填煤体缝隙，起到隔绝漏风阻止氧化作用，按与回采工艺的关系分为随采随灌，采前预灌和采后灌浆，对采空区防灭火有积极的作用。

但是注水和灌浆技术也有其不足之处：

①井下自燃火灾通常处于工作面或巷道顶部比较高的部位，水或泥浆不能滞留在顶部包裹火区，流过火区仅使煤表面温度降低，内部温度仍然很高。

②水的冲刷将煤体表面的灰分带走，又露出新的煤体表面；水的剧烈蒸发增加了煤的孔隙率，使漏风通道更加畅通。另外，水对煤的自燃还有一定促进作用，在高温600℃时，水会分解成H2、O2参与燃烧反应，产生大量水煤气，可能造成水煤气爆炸。

③泥浆脱水量较大，恶化工作环境，有发生工作面“溃浆”的危险。

（2）惰化技术防灭火

惰化技术就是将惰性气体或其它惰性物质送入拟处理区，抑制煤层自燃的技术。惰性物质惰化技术，除已作为常规防灭火技术措施使用的黄泥浆外，近年发展起来的有粉煤灰、页岩泥浆、选煤尾矿泥、阻化剂和阻化泥浆等已经比较广泛地被应用。它们的作用，除惰化外还兼有降温，对煤矿本身则有微弱的污染，具有较大优势的还是粉煤灰注浆和阻化剂。它们最大的优点是可以取自某些废弃物再利用，多用于厚煤层采全高或分层开采。

惰气防灭火技术是向火区注入惰性气体，惰气源目前发展起来的主要以注入N2和CO2为主，也可注入其它惰性气体来降低火区的氧浓度，达到防灭火的目的。惰气可充满整个空间，既能扑灭大的明火火灾，又能抑制并扑灭隐蔽火源。但惰性气体对大热容的煤体降温效果不好，灭火周期较长，火区易复燃，而且对现场的堵漏风工作也要求较高。

惰泡防灭火是70年代兴起的防灭火技术，进入80年代以来，前苏、法等主要产煤国家开发了惰气泡沫压注技术防治采空区浮煤自燃，取得了较为显著的成效，该技术能起到降温，减少漏风，降低采空区氧浓度等作用。但惰泡在碎煤中压注，发泡性能很差，起泡倍数低，若仅起阻化剂作用，则成本太高，且有效率太低。对已形成高温的浮煤，仅依靠惰泡隔氧灭火，需注泡量很大，且一旦停止注泡很易复燃。

（3）堵漏技术防灭火

堵漏风技术，就是采取各种技术措施减少或杜绝向煤柱或采空区的漏风，使煤缺氧而不会自燃。堵漏技术和材料，在我国近年来发展很迅速，相继研究和开发出适用于巷顶高冒堵漏的抗压水泥泡沫和凝胶堵漏技术和材料，适于巷帮堵漏的水泥浆、高水速凝材料和凝胶堵漏技术与材料，以及适于采空区堵漏的均压、惰泡、凝胶和尾矿泥堵漏等技术成果，如马利散、艾格劳尼、聚氨脂等，它们各有其使用条件和优缺点。其中均压防灭火和凝胶防灭火技术，操作都不复杂，具有不污染或少污染环境的优点，所需的投入也不多，技术也成熟。

（4）均压防灭火

均压防灭火的实质是设置调压装置或调整通风系统以降低漏风风路两端的风压差，使漏风风路两端的风压处于等压状态，即压力差趋近于零。因此，抑制了漏风供氧，所以能够较快地使火灾自行窒息，达到消除自燃的目的。采用均压防灭火措施时，必须经常观测风压差、风量、空气成分的变化情况以及发火预兆，根据实际情况，不断调整压差，有针对性地采取相应的措施。同时加强通风设施的日常检查与维修工作，保证通风设施完好和正常运行。

（5）阻化剂防灭火技术

阻化剂是抑制煤氧结合，阻止煤氧化的化学药剂。常用阻化剂是CaCl2、MgCl2等一些吸水性很强的盐类，当它们的水溶液附着在易被氧化的煤表面，在其表面形成一层含水液膜，惰化煤体表面活性结构，阻止了煤和氧的接触，起到了阻止煤复合的作用。同时，阻化剂吸水能使煤体长期处于潮湿状态，由于水的吸热降温作用，使煤体在低温氧化时温度不能升高，从而抑制了煤的自热和自燃。一般的阻化剂通常都有一定的防火效果，但当温度升高使阻化剂吸收的水份蒸发，其阻化作用会消失，失去水分的阻化剂对煤氧复合反而有催化作用，促使煤氧复合速度加快，使煤更容易自燃。近几年研制成功的粉状惰化阻化剂是由能在不同温度段气化产生惰性阻化气体的粉状材料按一定比例混合而成的。所产生的气体对自由基链锁反应起阻碍作用，同时在汽化过程中吸收大量热能，使煤温降低。将这些粉状材料用氮气压送、纸袋封装或与水混合后，注入煤体。当煤温超过一定温度时，惰化阻化剂开始吸热气化，产生惰性阻化气体。该阻化剂高温分解后的剩余物能在煤的表面生成一层薄膜，冷却后成为脆性覆盖物，使煤与空气隔绝而防止煤体复燃。粉状惰化阻化剂技术防灭火效果较好，但粉状材料在煤体内不容易分散均匀，因此难以充分发挥其防灭火性能。

（6）胶体防灭火技术