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阻燃化学是是什么?阻燃化学是如何兴起的?

俗话说:水火无情。火虽然带来了人类文明,但也成为了当今文明世界人类的一场浩劫。为了降火,科学家们开始了阻止燃烧蔓延的研究,从而形成了化学的一个新分支————阻燃化学。在阻燃化学的研究中,人们渴望在可燃材料中加入一种或多种能够降低材料燃烧速度和可燃性的化合物,从而达到阻燃的目的。要做到这一点,自然要先了解物质燃烧的反应过程。大家都有一个常识,聚乙烯、聚丙烯等塑料点燃后即使离开火源也能继续燃烧,而燃烧的PVC塑料一旦离开火源就会自行停止燃烧。这是什么原因呢?原来有机物的燃烧往往是自由基链式反应。在燃烧过程中,有机物首先发生链式热氧化裂解反应,高分子量和长链迅速坍塌,液态或固态有机物变成可燃气体(小分子烃),其过程大致如下:

人们从聚氯乙烯的燃烧中获得灵感。如果将一种能产生氯化氢的自由基捕集物质添加到易燃高分子材料中,就能制备出具有阻燃性能的高分子材料。其中,能够阻止燃烧继续的化合物或化合物被称为阻燃剂。阻燃剂有很多种,但可以分为三类,即无机复合阻燃剂、有机复合阻燃剂和复合阻燃剂。

作为阻燃剂的化合物或复合物,应满足以下四个条件:(1)阻燃剂本身是不可燃或低可燃性物质;(2)在高分子材料中分散性好;(3)不会破坏阻燃物质的物理特性;(4)阻燃剂本身或在燃烧条件下不释放有毒气体。根据使用方法的不同,阻燃剂可分为添加型和反应型。型是在聚合物中加入阻燃剂,通过机械混合产生阻燃效果。这种阻燃剂使用方便,用途广泛,但对聚合物的性能有一定影响,主要用于聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等树脂。如氯化石蜡、四溴乙烷、氢氧化铝、氢氧化镁等。都属于添加型阻燃剂。反应类型是阻燃剂作为单体参与聚合反应,使聚合物具有阻燃性能。例如,四溴邻苯二甲酸酐和四氯双酚a是活性阻燃剂。这类阻燃剂通常用于缩聚反应,如聚氨酯、不饱和聚酯、环氧树脂、聚碳酸酯等。不同的阻燃剂有不同的阻燃机理,但一般来说,有物理作用和化学作用。

就其物理效应而言,它具有稀释可燃物、吸热和隔绝空气的作用。就其化学作用而言,有碳化、清除自由基和磷酸化作用。下面,以磷化合物的作用为例来说明。聚合物燃烧时,磷化合物受热分解:磷化合物磷酸偏磷酸聚偏磷酸。聚偏磷酸是一种不容易引发的稳定化合物,可以覆盖在聚合物表面形成阻燃保护膜。此外,由于磷酸、偏磷酸和多磷酸的脱水,聚合物在高温下碳化,形成用于阻燃的碳化膜。由于含磷化合物的脱水作用,对含氧树脂有较好的阻燃效果。同时,含磷化合物在聚合物燃烧过程中生成PO,可通过以下反应捕获自由基H,起到阻燃作用。

随着合成纤维、合成橡胶、合成塑料等材料的广泛应用,阻燃剂的应用在最近二三十年也得到了迅速发展。据相关数据报道,近年来,全球阻燃剂产量平均每年增长7 ~ 9%,品种多达数百种。国内外相继出现了阻燃剂、防火涂料、阻燃纸、阻燃橡胶等各种阻燃产品。许多国家也要求使用合法形式的聚合物阻燃材料。我国阻燃剂的研究和应用起步较晚。虽然近年来品种和数量都有了很大的发展,但仍不能满足日益增长的实际需求。在这个化学领域还有很多工作需要进一步探索和发展。

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