漫談阻燃劑和阻燃技術(shù)

隨著社會的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進步，特別是塑料、纖維、橡膠三大合成材料的發(fā)明和應(yīng)用，我們的物質(zhì)生活變得豐富多彩。在居室、商場、劇院、旅館和辦公室等場所，從窗簾、壁紙、地毯、床單、棉絮等到家具、箱包甚至電腦、電視、電冰箱等電器產(chǎn)品都離不開塑料、纖維、橡膠。在交通、運輸、化工、紡織、電子、醫(yī)療、國防、宇航等多個領(lǐng)域，這些材料都發(fā)揮了極其重要的作用。人們很難想象，假如沒有塑料、纖維、橡膠生活會是怎樣。

然而，當(dāng)人們享受物質(zhì)文明的同時，也不會忘記由于這些材料的易燃性給人類帶來的災(zāi)難。例如，1975年2月13日，紐約著名的110層世界貿(mào)易中心北大樓11層起火，火焰沿著電話電纜線蔓延，結(jié)果損失5900萬美元；1980年11月20日，日本櫪木縣藤原町川治溫泉王子飯店發(fā)生火災(zāi)，經(jīng)濟損失折合人民幣413萬元，死亡45人，傷22人；1977年2月18日，我國新疆伊犁地區(qū)農(nóng)墾某團俱樂部發(fā)生火災(zāi)，死亡649人，傷161人。這些事故都與塑料、橡膠的易燃性有關(guān)。

提到防火，通常我們首先想到的是多種滅火器、火災(zāi)自動報警裝置或報警——滅火系統(tǒng)連鎖組合等消防設(shè)備。這些裝置設(shè)備對防火是十分必要的，然而這些與其說是防火手段，不如稱之為滅火工具更為恰當(dāng)些。真正的預(yù)防應(yīng)當(dāng)像預(yù)防疾病接種疫苗那樣，使易燃或可燃物質(zhì)變成難以點燃或者說脫離火源能自行熄滅的物質(zhì)，也就是增加材料自身抵抗燃燒或阻止燃燒的能力。這種易燃物的接種“疫苗”就是阻燃劑。

早在公元前83年，在希臘港市比雷埃夫斯的圍攻中用的木質(zhì)碉堡是用礬溶液（鐵和鋁的硫酸復(fù)鹽）處理的，目的是防燃。這是阻燃技術(shù)在實踐中的首次應(yīng)用。

1735年，懷爾德注冊了一項英國專利（專利號551），即用明礬、硼砂、硫酸亞鐵混合物使纖維素紡織品和紙漿等阻燃。這是關(guān)于阻燃劑的第一項專利。

阻燃劑廣泛用于工業(yè)是20世紀(jì)60年代以后。歐、美、日等發(fā)達(dá)國家相繼制定了一些阻燃法規(guī)和各種評價燃燒性能的標(biāo)準(zhǔn)，從而極大地促進了阻燃劑和阻燃材料的發(fā)展。

阻燃劑是怎樣影響燃燒反應(yīng)的呢？

眾所周知，燃燒反應(yīng)的三要素為燃料、氧氣、溫度。燃燒過程經(jīng)過可燃體系分解、熱引燃（自燃）、熱點燃（燃燒傳播）、燃燒反應(yīng)、燃盡幾個階段。在這幾個階段控制燃燒的起因（熱自燃）、燃燒的傳播（熱點燃）和降低燃燒氣相反應(yīng)區(qū)的化學(xué)變化速率（燃燒反應(yīng)的負(fù)催化）是阻燃技術(shù)的關(guān)鍵所在。

阻燃劑對于燃燒反應(yīng)的影響表現(xiàn)在下列幾個方面：

（1）當(dāng)燃燒反應(yīng)發(fā)生時，材料內(nèi)的阻燃劑受熱分解，而這個分解過程是吸熱的，這樣可使凝聚相內(nèi)溫度上升減慢，延緩了材料的熱分解速度。

（2）阻燃劑受熱分解后，釋放出連鎖反應(yīng)的自由基阻斷劑，使火焰連鎖反應(yīng)中斷，減緩了氣相反應(yīng)速度。

（3）阻燃劑熱分解后，固相產(chǎn)物——焦化層或泡沫層覆蓋在材料表面，從而使凝聚相溫度較低，使氣相反應(yīng)原料（可燃性氣體熱分解產(chǎn)物）形成較慢，起了“釜底抽薪”的作用。

阻燃劑是提高可燃性聚合物的難燃性的一種助劑。它們大多是元素周期表中的第VA、ⅦA、ⅢA族元素的化合物。如第VA族氮、磷、砷、銻和鉍的化合物，第ⅦA族氯、溴的化合物，以及第ⅢA族硼、鋁的化合物。此外，硅、鎂、鉬的化合物也可作為阻燃劑使用。

阻燃劑按使用方法可分為添加型和反應(yīng)型兩類。添加型又可分為有機系和無機系。添加型阻燃劑是通過機械混合的方法加入到聚合物里，主要用于聚烯烴、聚氯乙烯、聚苯乙烯等樹脂中。它的優(yōu)點是使用方便，適用面廣，但對聚合物性能有較大影響。反應(yīng)型阻燃劑是作為一種反應(yīng)單體參加反應(yīng)，使聚合物本身含有阻燃成分，多用于聚氨酯、不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂等。其優(yōu)點是對聚合物材料使用性能影響較小，阻燃性持久。

阻燃科學(xué)包括研究阻燃劑的制備與性質(zhì)、阻燃材料與阻燃處理技術(shù)、阻燃機理和阻燃效果評價。由于阻燃科學(xué)涉及領(lǐng)域十分廣泛，和國民經(jīng)濟的各個部門都有關(guān)系，因而它是一門綜合性的邊緣科學(xué)。

隨著我國阻燃法規(guī)的健全、物質(zhì)水平的提高以及材料科學(xué)的發(fā)展，阻燃劑的需求量將越來越大。例如，塑料助劑中阻燃劑僅次于增塑劑列第二位。目前，阻燃劑性能和阻燃技術(shù)在世界范圍內(nèi)呈現(xiàn)出了高新發(fā)展趨勢：

（1）高效，本身無毒。對高聚物原有性能影響小，做到對環(huán)境無污染，使用安全。

（2）低煙。高聚物燃燒產(chǎn)生的窒息性煙霧不但對人危險極大，對環(huán)境也是極大的污染。

（3）微?；?。阻燃劑顆粒越細(xì)，材料的物理機械性能越好。微粒化不但能提高阻燃效率，而且能提高制品質(zhì)量。目前，微?；谙蚣{米級發(fā)展。

（4）微膠囊化。農(nóng)藥的微膠囊化可使農(nóng)藥緩慢地釋放，既降低毒性，又延長了藥效。阻燃劑的微膠囊化也一樣，可有助于不同劑型的加工和更有效地發(fā)揮阻燃劑的作用。

（5）表面處理。用表面化學(xué)方法來處理阻燃劑，以增強它們與被阻燃樹脂的親和力，用偶聯(lián)劑和其他助劑來改性，以達(dá)到更好地阻燃和物理力學(xué)性能。