20世紀(jì)80年代，意大利都靈理工大學(xué)的G.Camino教授經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究，確立并完善了以磷、氮為中心的膨脹型阻燃系統(tǒng)及其相關(guān)阻燃機(jī)理學(xué)說(shuō)。此后，膨脹型阻燃劑進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)代。

膨脹阻燃劑的阻燃機(jī)制是什么？

蔗糖和濃硫酸反應(yīng)形成多孔碳層。

濃硫酸具有脫水性脫水，產(chǎn)生C。

然后C和濃硫酸氧化還原，產(chǎn)生二氧化碳和二氧化碳?xì)怏w。

反應(yīng)持續(xù)，最終產(chǎn)生多孔炭層。看到這里，膨脹阻燃劑(IFR)的阻燃機(jī)制逐漸出現(xiàn)。是的，膨脹阻燃劑主要通過(guò)凝聚起來(lái)發(fā)揮阻燃作用。

一般來(lái)說(shuō)，IFR包括碳源(通常是多羥基化合物，如季戊四醇)、酸源(如聚磷酸銨)和發(fā)泡劑(如三聚氰胺)，通常通過(guò)以下反應(yīng)過(guò)程形成碳層。

具體步驟:

1.在較低的溫度(約150℃，具體溫度取決于酸源和其他成分的性質(zhì))下，酸源產(chǎn)生能酯化多元醇和能作為脫水劑的酸。

2.在稍高于釋放酸的溫度下，酸與多元醇(碳源)發(fā)生酯化反應(yīng)，而系統(tǒng)中的胺作為酯化反應(yīng)的催化劑加速反應(yīng)。

系統(tǒng)在酯化反應(yīng)反應(yīng)前或酯化過(guò)程中熔化。

4.反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的水蒸氣和氣源產(chǎn)生的不燃?xì)馐挂呀?jīng)熔化的系統(tǒng)膨脹發(fā)泡。同時(shí)，多元醇和酯脫水碳化，形成無(wú)機(jī)物和碳?xì)堅(jiān)到y(tǒng)進(jìn)一步膨脹發(fā)泡。

反應(yīng)接近完成時(shí)，系統(tǒng)膠化固化，最終形成多孔泡沫炭層。

形成的炭化層有什么作用呢？

使熱量難以穿透到凝結(jié)相中。

可以防止氧氣從周圍介質(zhì)擴(kuò)散到降解的高分子材料中。

可以防止降解產(chǎn)生的氣體或液體產(chǎn)物從材料表面逸出。

補(bǔ)充

事實(shí)上，在膨脹阻燃劑阻燃過(guò)程中，我們還需要通過(guò)一些途徑來(lái)降低碳層下材料的可燃性，例如：

1.提高碳化率，減少抑制燃燒區(qū)可燃產(chǎn)品的數(shù)量。

2.提高碳層的熱阻和材料表面溫度，減少對(duì)流熱，增加輻射損失和加熱材料的熱消耗。

3.增加碳層厚度，降低碳層熱傳導(dǎo)率。

4.降低碳層的滲透性，增加高聚合物降解液體產(chǎn)物的粘度，從而降低其可移動(dòng)性。

膨脹阻燃系統(tǒng)一般由酸源、炭源和氣源三部分組成

酸通常是無(wú)機(jī)酸或加熱到一定溫度后可以形成無(wú)機(jī)酸的化合物，如磷酸、三氯氧磷、聚磷酸銨等；炭也稱為炭，它是形成泡沫炭化層的基礎(chǔ)，主要是一些含碳量高的多羥基化合物，如季戊四醇、淀粉等；氣源又稱發(fā)泡源，常用的發(fā)泡源有三聚氰胺、雙氰胺等。膨脹阻燃劑的阻燃機(jī)制如下：酸分解產(chǎn)生脫水劑，可與成炭劑形成酯，酯后脫水交聯(lián)形成炭，同時(shí)發(fā)泡劑釋放大量氣體，幫助膨脹炭層。厚厚的炭層提高了聚合物表面與炭表面的溫度梯度，使聚合物表面的溫度比火焰溫度低得多，減少了聚合物進(jìn)一步降解釋放可燃?xì)怏w的可能性，同時(shí)隔離了外界氧的進(jìn)入，從而在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)阻燃聚合物。

怎么樣？看完這些，你對(duì)膨脹阻燃劑的阻燃機(jī)制有了更深的了解嗎？