用矿物改善高分子材料的阻燃效果，替老板省钱吧！

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一、阻燃机理简介

高分子材料由于受热分解放出可燃产物而产生或延续燃烧,当来自点火源的热接触挥发性的可燃产物,而这些可燃产物浓度在着火极限内,且温度高于着火点时,燃烧必将进行。然后只要供给高分子聚合物的热量足以维持火焰所需要的聚合物的降解速率,燃烧就将继续下去,否则火焰就将熄灭。回复“阻燃”，查看更多相关内容

从燃烧过程可知,要达到阻燃目的,就必须切断由可燃物、热和氧气三要素构成的燃烧循环。阻燃高分子材料燃烧可以从气相,也可以从凝聚相得以实现。

1）气相中,燃烧反应是由反应活性非常大的H 及OH 自由基支持的连锁反应。不难设想,如果能够抑制这些自由基的产生,就能够赋予高分子材料以阻燃的效果。

2）凝聚相中,阻燃剂可在高分子材料表面形成炭层,这一过程可通过高聚物脱水或脱氯化氢生成双键,然后环化和交联来完成。这一炭化层可保护基质免受热和氧的侵袭。回复“阻燃”，查看更多

二、具体矿物实例

1.水镁石的阻燃机理

水镁石主要成分为Mg(OH)₂ ,一定温度下分解为MgO和H₂O(水镁石340℃开始分解,490℃分解结束) ,同时放出大量热。众所周知,高分子物质必须降解为低分子才能成为可燃物质,而Mg(OH)₂的分解恰恰降低了降解区的温度,使降解速度放慢,减少可燃物质的产生,稀释出的水气冲淡表面氧气浓度,使表面燃烧较难进行。同时,Mg(OH)₂有利于形成表面炭化层,阻止热量和氧气的进入。由于燃烧三要素(可燃、氧气和一定的温度) 同时得到了缓解,所以Mg(OH)₂起到了阻燃作用。

2.水滑石的阻燃机理

典型的水滑石类化合物分子式为Mg₆Al₂(OH)₁₆CO₃·4H₂O,非常类似于水镁石Mg(OH)2的结构,由MgO6八面体共用棱形成单元层,位于层板上的Mg²⁺可在一定范围内被半径相似的Al³⁺ 同晶取代,使Mg²⁺ 、Al³⁺ 、OH^- 层带正电荷,层间可交换阴离子如CO₃^2- 与层板正电荷平衡,使整体结构呈电中性。在氢氧化物层中同时存在一些水分子,水分子可在不破坏层状结构的条件下去除,而LDH 层间受热脱出的H2O 及羟基分解产生的H₂O 均能稀释空气中的氧和聚合物分解生成的可燃性气态产物,MgAl^- CO₃^- LDH 结构中的CO₃^2-受热分解放出的CO₂有利于阻隔氧气而起到阻燃效果。此外,LDH 层板上含有碱性位对酸性气体有吸附作用,因此LDH 的特殊结构能够表现出阻燃抑烟性能。

3.蒙脱土的阻燃机理

蒙脱土在高分子材料中的阻燃机理与聚合物粘土纳米复合材料的通用阻燃机理大体一致。根据聚合物粘土纳米复合材料的微观结构,可以认为,粘土的纳米片层对材料凝聚相的分解燃烧起到了关键性阻隔作用。当聚合物受热分解燃烧时,聚合物中粘土的纳米硅酸盐片层,由于对热和气体的阻隔作用,能及时阻止燃烧区的热量向聚合物内部传导,同时也阻止聚合物分解产生的可燃气体向气相燃烧区传输。通过阻碍聚合物分解燃烧过程中的传热与传质,使得聚合物粘土纳米复合材料具有特殊的阻燃性。

4.膨胀石墨的阻燃机理

膨胀石墨的阻燃机理属于凝固相阻燃机理,通过延缓或中断固态物质产生可燃性物质而达到阻燃。受热到一定程度,膨胀石墨就会开始膨胀,形成一个很厚的多孔炭层,该炭层把阻燃主体和热源隔开,从而延缓和终止聚合物的分解。膨胀石墨阻燃效率高,本身无毒,受热时不生成有毒和腐蚀性气体并能大大降低发烟量,有足够的热稳定性,其实用温度为- 204～1650 ℃。膨胀石墨在基材加工温度下不分解,不恶化基材的加工性能和最终产品的物理机械性能及电气性能,紫外线稳定性和光稳定性好,并且来源充足,制造工艺简单。

三、总结

矿物材料的应用不仅会降低成本,调整高分子材料的流变性及混炼性能,改变其化学性质,而且改善热性能及电磁功能等。回复“阻燃”，查看更多

下期预告：《 阻燃剂概念、分类、机理》，请大家持续关注！

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