1.无机阻燃剂:
无机阻燃剂之所以能起到阻燃作用,主要是靠填料的大比容蓄热和导热特性。这可以使材料不易达到分解温度,否则阻燃剂在受热分解时会吸收热量,进而减缓或阻止主材料的升温过程。它的阻燃原理是在加热时释放出结晶水,然后结晶水蒸发、分解,释放出水蒸气。在这一反应过程中,需要吸收燃烧产生的大量热能,可大大降低材料的表面温度,使高分子材料发生热分解和燃烧的可能性大大降低。
2.卤化阻燃剂:
卤素阻燃剂是目前世界上产量最大的有机阻燃剂之一,所用的卤素阻燃剂多含溴和氯。卤代阻燃剂大多是有机物,能与主要的高分子材料很好地融合在一起。卤化阻燃剂作为阻燃添加剂,不会从根本上改变聚合物材料本身的物理和化学性质。而且,卤代阻燃剂的添加量很少,却能起到特别好的阻燃效果。含溴的卤化阻燃剂是指含溴的脂肪族、脂环族、芳香族化合物,如十溴二苯醚、十溴二苯基乙烷和四溴双酚 A。溴系阻燃剂和氯系阻燃剂的原理几乎一样:当温度很高时,卤素阻燃剂中的碳-卤键就会断裂,释放出卤素自由基,可以很好地捕捉到高分子材料中那些因受热而降解的自由活性自由基,可以降低自由基的浓度,从而可以减缓或停止燃烧时的自由基连锁反应。此外,卤化阻燃剂分解时释放出的卤化氢不易燃烧,并能阻挡氧气,也能抑制燃烧反应。但是,如果含有卤化阻燃剂的聚合物材料发生燃烧,就会产生大量卤化氢气体。这种气体具有毒性和腐蚀性,它很容易吸收空气中的水分变成腐蚀性很强的氢卤酸,还会产生大量烟雾。这些烟雾、有毒气体和腐蚀性气体都对人体健康有害,也给灭火、逃生和后续的恢复工作带来特别大的麻烦。
3.经处理的 Al(OH)3 阻燃剂。
氢氧化铝又称三水氧化铝(ATH),其分子式为 Al(OH)3,是出现很早的无机阻燃剂之一,能与很多东西起到协同作用,而且无毒无腐蚀。目前,氢氧化铝阻燃剂的使用量已超过无机阻燃剂总量的 80%,被广泛应用于各种高分子塑料制品中。在聚合物材料中添加氢氧化铝可降低易燃聚合物的浓度。当聚合物材料受热(约 250℃)时,氢氧化铝会发生脱水反应,并能吸收大量热能,从而有效防止聚合物材料温度升高。同时,分解后的水蒸气可降低燃烧产生的可燃气体和氧气的浓度,防止燃烧蔓延。同时分解的另一种金属氧化物氧化铝(Al2O3)由于具有很高的催化活性,能使聚合物的热交联反应加速,在聚合物表面形成一层碳化膜,这层膜能有效减缓燃烧时的热量传递,从而起到阻燃作用。氧化铝还能吸附微粒,不能让烟雾散发出去。一般来说,氢氧化铝添加得越多,阻燃效果越好,但如果添加过多,高分子材料的强度就会大大降低。氢氧化铝的另一个缺点是分解温度比较低,在 245 至 320 ℃之间会发生脱水反应,因此阻燃剂氢氧化铝的加入也限制了高分子材料的加工温度。
4.磷阻燃剂。
根据磷阻燃剂的特性和组成,可分为无机磷阻燃剂和有机磷阻燃剂。其中,无机磷阻燃剂有红磷、磷酸铵、聚磷酸铵等,有机磷阻燃剂有磷酸酯、亚磷酸酯等。磷阻燃剂也是一种效率高、非常稳定、应用广泛的阻燃剂,其阻燃原理主要是通过形成隔离膜来达到阻燃效果。隔离膜的形成有两种不同的方法:(1)在含氧聚合物上发挥阻燃效果时:阻燃剂热降解产生的东西能使聚合物表面很快脱水、碳化,进而形成碳化层。由于整体碳不会发生产生火焰的蒸发燃烧和分解燃烧,因此它可以起到阻燃剂的作用。内部发生的化学反应是含磷化合物的热分解,最终产物是聚偏磷酸,它是一种很强的脱水剂。(2)磷阻燃剂在燃烧温度下会分解成不挥发的玻璃状物质,它可以将聚合物表面包裹起来,这种严密的保护层可以起到隔离层的作用。有机磷阻燃剂主要作用于火灾初期高分子材料的分解阶段。它能促进高分子材料脱水碳化,使高分子材料不能产生可燃气体,同时由于不挥发的磷化合物起到凝固剂的作用,使木炭化合物形成保护碳膜,将外界空气和热量隔绝在外。
5.硅阻燃。
有机硅阻燃剂有无机硅和有机硅、无机二氧化硅、二氧化硅、硅酸盐、滑石粉等,这类阻燃剂常被用作填充剂;有机硅阻燃剂是一种新出现的不含卤素元素的阻燃剂,也是一种抑制烟雾产生的炭剂,主要指硅树脂、聚硅氧烷(如硅油、硅树脂、硅橡胶及各种有机硅共聚物等)、聚硅氧烷等,其中发展最快的是聚硅氧烷。其阻燃机理主要表现为凝聚相阻燃机理,即通过生成裂解碳层和提高碳层的抗氧化能力来达到阻燃效果。在高分子材料中添加有机硅阻燃剂后,大部分有机硅阻燃剂会移动到材料表面,在高温下发生反应,在高分子表面形成含碳的硅酸盐层,起到减缓或阻止可燃气体逸出和自由基生成的作用。同时,阻燃剂还能促进聚合物成碳,从而降低聚合物的降解速度,使其在高温下不易发生热分解。另一方面,硅系阻燃剂受热也会发生热分解,这一过程必须吸收大量的热量,这会使阻燃材料的升温速度减慢或停止升温。