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阻燃材料的發展現狀與趨勢淺析
   加入時間:2020/1/19   游覽次數:289   
  

阻燃材料包括有機阻燃材料以及無機阻燃材料,當前的阻燃材料是添加阻燃劑之后的能夠實現阻燃效果的材料。一般來講,阻燃劑種類多樣,分有機阻燃以及無機阻燃,有機阻燃劑阻燃效果好,添加劑比較少。

不過有機阻燃劑在燃燒中存在發煙量大以及釋放有毒氣體的弊端。無機材料具有無毒、無煙、不揮發以及價格便宜等優點,不過其中存在大量添加劑。比較常見的阻燃劑有氫氧化鋁以及氫氧化鎂阻燃劑。

無機阻燃劑可以當作助劑添加入塑料或者橡膠當中達到防火的效果。比如在電線、汽車輪胎或者運輸袋中,從而切實保障交通安全以及用電安全。此外,可以添加入各種油漆以及涂料中,從而促使材料具備阻燃性能。

1. 阻燃劑概述

阻燃劑是高分子合成材料助推劑,利用阻燃劑可以對高分子材料進行阻燃處理,從而避免材料燃燒以及阻止火勢蔓延,促使合成材料具有消煙性、自熄性以及難燃性。隨著我國的合成材料用品被廣泛應用在許多相關行業,如建筑業、紡織業、運輸業、航天業,阻燃劑在這些行業發揮日益重要的作用,現代科學技術不斷發展以及進步,以及各個國家對于安全工作的高度重視,因此,促使人們對阻燃劑的安全性以及防火性能要求也越來越高。阻燃劑的品種日益增加并且產量逐漸上升。當前,世界上阻燃劑的70%用于制作阻燃性材料,20%用作橡膠。其中5%制作紡織品,3%用于制作涂料,此外,2%用于制作木材以及紙張。

2. 阻燃材料發展現狀分析

近幾年,隨著塑料產品的增加以及安全標準提高,阻燃材料應用更加廣泛,一般來講,阻燃材料可以分為有機阻燃材料以及無機阻燃材料。其中,有機阻燃材料主要是鹵素添加劑,無機材料不但具有一定阻燃效果,而且產生氯化氫以及阻止發煙。此外,無機阻燃材料無毒、無腐蝕性以及價格便宜。美國、日本等國家的無機阻燃材料消費超過60%,然而,我國的無機阻燃材料消費只有不到10%。

2.1 鹵系阻燃

鹵系阻燃劑不但產量最大,而且應用最為廣泛。添加了該阻燃劑的材料在燃燒過程中可以釋放鹵化氫,并且獲得自由基,從而阻止傳遞燃燒鏈,進而生成活性低的自由基減緩燃燒。鹵素阻燃劑一般應用在熱塑性材料以及熱固性材料中,不但阻燃效果好,而且對阻燃制品影響比較少。此外,不僅與高分子材料的兼容性較好,而且使用方便,因此,受到市場歡迎,在汽車、包裝、紡織等行業中,鹵素阻燃材料應用十分廣泛并且日益發揮重要作用。

2.2 磷系阻燃

無機磷系阻燃劑主要包括磷酸鹽、紅磷等,應用比較廣泛的是紅磷,紅磷屬于較好的阻燃劑,不但具有抑煙、高效的優勢,而且具有無毒的特點。然而,在實際應用中,紅磷阻燃劑材料容易氧化并且釋放有害劇毒氣體,此外粉塵容易導致爆炸,在樹脂混煉以及模塑加工中存在一定的危險性,因此,磷系阻燃材料受到一定使用限制。經過改進的紅磷阻燃劑是在其中加入金屬氫氧化物,一定程度上解決了高分子材料毒性問題。

2.3 鎂系阻燃

氫氧化鎂是一種添加型的無機阻燃劑,和其他阻燃劑對比,氫氧化鎂在原料來源、制備過程以及廢物處理方面都具有良好抑煙效果。一般來講,如果發生火災,大約80%以上是由于煙氣窒息死亡,因此,當前的阻燃劑抑煙比阻燃更為重要。

一般氫氧化鎂的分解能以及熱容量比較高,相對通常的無機阻燃劑,鎂系阻燃劑合成的材料可以耐受更高溫度,不但可以提高擠塑速度,而且可以大大縮減模塑實踐。此外,有效提高阻燃效率。同時,氫氧化鎂和其他相關阻燃劑具有良好復合能力,氫氧化鎂阻燃劑在塑膠以及橡膠行業得到十分廣泛的應用,未來市場潛力很大,不過相對其他阻燃劑價格更高。

2.4 鋁系阻燃

一般來講,氫氧化鋁是早期的無機阻燃劑,并且也是應用量很大的一種,當前氫氧化鋁占無機阻燃劑總量80%以上,被廣泛應用在彈性體、橡膠、涂料以及塑料制品當中,具有消煙、阻燃、填充功能,并且可以和其他物質協同作用,價格低廉,不揮發以及無毒無腐蝕性,氫氧化鋁阻燃原理是在聚合物當中加入氫氧化鋁。

從而降低聚合物的濃度。當溫度達到250℃的時候就開始吸熱以及脫水,從而可以抑制聚合物溫度上升。氫氧化鋁阻燃材料燃燒的過程中可以生成水蒸氣對可燃氣體以及氧氣進行稀釋,從而阻止燃燒繼續。不過,氫氧化鋁阻燃材料也存在一定缺陷,比如氫氧化鋁阻燃效果是隨著添加劑增加而強化,但如果填充過多就會降低產品的強度。此外,氫氧化鋁吸熱量雖然大,但是分解溫度低,只能適用在加工溫度低的聚合物上。

3. 阻燃材料發展趨勢

3.1 無鹵阻燃

鹵素阻燃材料阻燃效率高以及用量少,成為當前市場上的主流產品,不過,鹵素阻燃劑的缺點是會產生具有腐蝕性以及毒性的氣體,從而導致電路短路或者其他金屬物件腐蝕。此外,造成大氣污染,對于人體呼吸道產生嚴重影響。最近幾年,英國、挪威、澳大利亞已經頒布一系列法令,對某些塑料制品進行燃燒毒性試驗,因此,開發無鹵阻燃劑逐漸成為世界趨勢。

無機阻燃劑來源比較豐富并且價格較低,不過其阻燃效果差以及添加劑過多。紅磷阻燃劑效率高、用量少,在很多行業得到十分廣泛的應用,不過紅磷阻燃劑穩定性需要進一步加強,紅磷具有容易爆炸以及容易著色的弱點。膨脹型阻燃劑在燃燒過程中發煙量較少并且沒有有毒氣體釋放,因此,應當加強對膨脹型阻燃劑研究力度。我國的北京理工大學、中國科技大學、安徽化學研究院以及上海消防大學對膨脹型阻燃劑加強了研究,有望開發新型產品投入市場使用。

3.2 減少有害氣體

根據相關統計表明,火災中死亡原因大多是由于燃燒中物品所釋放的有毒氣體導致,研究新型的阻燃劑,降低材料燃燒的有毒氣體以及煙量,是當前阻燃領域重點研究課題。

當前主要采取的抑煙劑主要包括過渡金屬氧化物、金屬氧化物、鎂-鋅復合物、氧化錫、二茂鐵、氧化銅等等,主要產品是美國公司的硼酸鋅系列,鉬酸鹽系列等。其中,部分無機填料同時具有阻燃以及抑煙效果。此外,膨脹型阻燃劑多孔碳層也具有抑煙以及阻燃作用。通過研究新型阻燃劑,從而提高材料的抗高溫能力以及防火性,一方面減輕有害氣體對于人體呼吸道的危害,另一方面抑制火勢蔓延避免造成更大損失。

4. 結束語

綜上所述,本文主要對當前阻燃材料的發展現狀與趨勢進行分析,其中,阻燃劑的種類比較多,包括無機阻燃劑以及有機阻燃劑,針對當前的高分子材料制品以及國家安全標準提高,應當促使阻燃材料難以燃燒或者燃燒的過程中無煙無毒,避免環境污染以及造成呼吸道問題,阻燃劑種類繁多,包括鹵系阻燃劑、磷系阻燃劑等,阻燃劑未來發展趨勢包括無鹵素趨勢以及減少有害氣體趨勢。

 
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