阻燃涂料中的阻燃劑

阻燃劑的目的

阻燃劑體系是添加到聚合物基材中以增加其抗燃燒性的化合物或組合物 [ 43 ]。優(yōu)秀的阻燃劑必須阻礙長(zhǎng)期可燃性所需的一種或多種元素的供應(yīng)。基本上，阻燃劑的目的是通過(guò)降低火災(zāi)條件下的火焰蔓延速度來(lái)降低聚合物基材的固有火焰風(fēng)險(xiǎn)。使用阻燃劑可以防止小火升級(jí)為大危機(jī)[ 44 ]。因此，為了有效，阻燃劑必須干擾聚合物基材的降解溫度。通常，最常用的聚合物作為基材會(huì)在 200 至 400 °C 的溫度范圍內(nèi)降解 [ 45 ]。

然而，值得注意的是，阻燃劑的目的不是防止材料著火，而是降低火焰蔓延的速度并防止持續(xù)燃燒。這可以通過(guò)增加聚合物的抗點(diǎn)燃性來(lái)實(shí)現(xiàn)。事實(shí)上，點(diǎn)燃是不可避免的，因?yàn)槿绻┞队诟咚降幕鹧鎽?yīng)力 - 熱輻射，大多數(shù)物質(zhì)都會(huì)點(diǎn)燃，這主要是由于聚合物基材中的有機(jī)物含量造成的 [ 46 ]。因此，需要阻燃劑對(duì)聚合物降解溫度的干擾過(guò)程[ 47 ]。事實(shí)上，對(duì)燃燒過(guò)程的干擾可能發(fā)生在氣相和蒸氣相（火焰區(qū)）以及冷凝相和固相（聚合物熔體）中。

對(duì)一般阻燃系統(tǒng)機(jī)制的全面而有用的描述。 有幾種類型的阻燃系統(tǒng)，每一種都有自己的運(yùn)行機(jī)制?；旧?，阻燃劑會(huì)破壞聚合物材料的熱分解途徑。不同的成分與不同的聚合物有不同的相互作用，因此，阻燃劑的使用對(duì)它們所設(shè)計(jì)的基材非常特殊[ 49 ]。

阻燃劑發(fā)展簡(jiǎn)史

最初，含鹵素阻燃劑的使用在 1970 年代 [ 50 ] 開(kāi)始增加，而溴化體系的使用在 1980 年代 [ 51 ]急劇增加。一些在燃燒過(guò)程中形成酸的鹵素阻燃劑通過(guò)抑制氣相中的自由基起作用。當(dāng)加熱時(shí)，它們分解成鹵素自由基，隨后阻礙揮發(fā)性燃料的氧化。隨后，它們?cè)跉庀嘀信c氧氣發(fā)生反應(yīng)，從而降低其濃度并熄滅火焰 [ 52 ]。此外，鹵素系阻燃劑的增效劑包括銻系和磷系化合物。這些化合物有助于清除自由基和再生鹵素自由基 [ 53 ,54 ]。

市場(chǎng)在 1990 年代開(kāi)始從鹵素阻燃劑轉(zhuǎn)向無(wú)鹵素阻燃劑，因?yàn)橄到y(tǒng)會(huì)排放有毒和腐蝕性氣體，例如氫溴酸和鹽酸煙霧，以及高濃度煙霧[ 55、56 ]。此外，含鹵素的阻燃劑難以處理，這意味著該系統(tǒng)會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn) [ 57 ]。向更環(huán)保的阻燃劑過(guò)渡在世界范圍內(nèi)引起了特別的興趣，目前絕大多數(shù)研究都致力于非鹵素系統(tǒng) [ 58 ]。另一方面，替代系統(tǒng)通常效率較低且更昂貴。

還有其他類型的阻燃劑會(huì)釋放出大量的不可燃?xì)怏w，可以稀釋供應(yīng)給火焰的燃料或氧氣量?；旧?，這些類型的阻燃劑通過(guò)在燃燒材料表面形成固體殘留物來(lái)減少火焰蔓延。因此，它們可以通過(guò)改變到聚合物基材的熱傳遞路徑來(lái)減慢燃燒過(guò)程中的熱釋放速率 [ 43 , 59 ]。同時(shí)，另一類阻燃劑通過(guò)在燃燒材料表面形成泡沫炭而起作用。這些類型的添加劑通常被稱為膨脹系統(tǒng) [ 59 ]。除此之外，該系統(tǒng)還可以通過(guò)上述機(jī)制的組合來(lái)發(fā)揮作用。

有幾個(gè)原則可以解釋阻燃系統(tǒng)的機(jī)理

描述阻燃劑不同原理的術(shù)語(yǔ)和定義見(jiàn)表格1以下。

阻燃系統(tǒng)的原理包括惰性氣體稀釋 [ 60 ]、熱淬火 [ 61 ]、物理稀釋 [ 62 ]、化學(xué)相互作用 [ 63 , 64 ] 和保護(hù)炭 [ 65 , 66 ]。

阻燃系統(tǒng)的另一個(gè)考慮因素是它們克服燃燒問(wèn)題的有效性。對(duì)于優(yōu)異的阻燃系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，諸如低火焰蔓延、低煙霧排放、無(wú)毒和不改變基材性能等要求是理想的。

此外，阻燃劑降低了用于維持高生活水平的固有易燃材料產(chǎn)生火焰的風(fēng)險(xiǎn) [ 45 ]。盡管多年來(lái)大量阻燃劑已被證明是有效的，但現(xiàn)在人們?cè)絹?lái)越關(guān)注使用表面處理將阻燃劑化學(xué)定位在發(fā)生燃燒的材料外部，以保持理想的整體性能，同時(shí)最大限度地減少用量所需的添加劑 [ 70 ]。然而，改進(jìn)目前的阻燃劑仍然存在挑戰(zhàn)，因?yàn)檫@些處理的成功取決于它們的可擴(kuò)展性、耐用性以及在不造成環(huán)境問(wèn)題的情況下賦予所需功能的能力[ 71 ]。