高分子材料阻燃技术运用与发展探究

2020-01-13 06:59魏平威远凤凰高新材料有限责任公司四川威远642452
化工管理 2020年33期
关键词:阻燃剂微胶囊高分子

魏平(威远凤凰高新材料有限责任公司,四川 威远 642452)

0 引言

现代人们生产以及生活过程中均伴随着大量高分子材料的支持,包括纤维、橡胶以及塑料等均是常见的高分子材料[1]。可以认为,高分子材料已然成为现代经济建设以及科技发展的重要基础。但也不可否认,此类材料也存在着一定的缺陷,即可燃、易燃特性很有可能诱发火灾等事故[2]。为提升其耐燃特性,近些年业内展开了大量相关研究[3]。时至今日,已然出现了多种面向高分子材料的阻燃新技术,且都取得了较好的效果。因此有必要就有关技术展开讨论。

1 高分子材料阻燃原理分析

众所周知,高分子材料在高温受热的情况下,会进一步产生并挥发出各种可燃物质,一旦此类可燃物质的难度以及温度达到基本要求情况下,则可能诱发燃烧行为[4]。因此,通常将整个高分子材料的燃烧行为划分成热氧降解以及燃烧两个步骤,这之中包含了导热、高分子材料与凝聚相的热氧降解、产物于固相和气相内的扩散、同空气等混合而来的氧化反应场以及气相内的链式燃烧反应等诸多流程[5]。一旦高分子材料热源的热度可以使得其进行降解以及所得到的降解物浓度达到某一参量情况下,此外系统被进一步加热至点燃温度之后,燃烧随即被触发。同时已然为点燃了的高分子原料能否持续性的进行燃烧,则是由燃烧期间的热量平衡性所决定的。综合整个的燃烧机理而言,阻燃的核心即为基于减缓以及组织这之中的单个以及多个要素的达成。典型的包含6个层面,依次是提升原料的热稳定表现、建立起阻燃保护膜、对游离基进行有效搜集、降低热量、建立起重质气体阻隔膜、对氧气进行充分稀释以及可燃气体削弱。现阶段,最为典型以及常见的办法主要为通过冷却、稀释等方式构建起隔离膜的物力渠道以及种植自由基的化学渠道完成。常规的阻燃原理为气相阻燃、凝聚相和隔离热交换等形式。实际燃烧以及阻燃的这个流程较为繁琐复杂,潜在的影响要素有比较多。把一类阻燃系统等阻燃机理详细的归类为某一种存在一定的难度,某种阻燃系统往往包含了多种阻燃机理的共同作用。

2 高分子阻燃剂分类与技术

绝大多数的高分子材料均是典型的可燃或者易燃物质,在空气环境中进一步受热的情况下会被进一步的分解为具有一定挥发特性的可燃物质,如若系统温度以及可燃物等的浓度不断攀升期间,则会导致燃烧情况。故而,实际应用过程中,人们对于高分子材料的阻燃特性有着一定的要求。阻燃剂是目前比较杜建的用于转变高分子材料燃烧特性的有效助剂,能够将之前处于可燃以及易燃等的原料使其存在耐燃特性、消烟特性以及自熄特性,一定程度上有助于火灾等问题的出现,更符合现代人们工作以及生活实际需要。随着近些年,相关技术的不断深入与发展,高分子材料阻燃技术已然实现了较好的突破。相关技术大致包含下述几个方面:

2.1 微胶囊技术

该技术主要把阻燃剂等按照微利状态以及微液状态等形式,利用人工合成技术以及天然无聚合原料等,于其机体的表层构建起惰性的保护层,从而实现较好的保护以及阻燃特性。以三聚氰胺-甲醛树脂胶囊为例,其主要把聚磷酸铵粒子进行彻底的包裹,实践数据反映,随着微胶囊用量的不断攀升,阻燃原料的极限氧指数也会随之提升,如若微胶囊的质量分数潘升至百分之三十情况下,则阻燃原料能够实现FV-0的最高燃烧级别,此外就抑制烟气等的产生方面也有着较好的表现。基于微胶囊技术,同时也可以把部分毒性较高的阻燃剂转换为微毒或是无毒的状态,以更好的适用于各种使用场合。此之外,将微胶囊果腹多个不同形式的阻燃试剂,也能够实现多样性的阻燃功用。

2.2 纳米技术

综合分析传统形式的阻燃剂技术,往往在价格方面、力学特性方面和环境友好性建设方面均存在一定的不足。而纳米技术的出现则成为阻燃剂技术发展的又一个重要转折点,其不单单降低了对于原料等的使用量方面诉求,同时在安全特性以及使用效能等方面也有了极大的提升与改善,很好地规避了可能对于环境带来的负面影响。

以Phoenix为例,此为欧洲地区多个国家联合倡导的合作技术,主要依赖于纳米技术形式,得到各种纳米颗粒并将其和多个无卤原料等形成高度融合,以此来取代以往形式的无卤阻燃技术形式,大大减少了聚合物阻燃剂等的用量,且同时提升了阻燃剂的功效。另外,以汽车行业为例尼龙/层状硅酸盐纳米原料是较为常见的汽车阻燃剂形式,该试剂的使用无疑大大提升了整个商品的热稳定效果以及硬度表现。

除此之外,聚合物无机物纳米复合原料在阻燃方面也表现出了一定的优势性,因此在包括轮胎、飞机以及电气电子领域等均有着广泛的应用。

2.3 交联和接枝改性技术

现阶段,该技术已然成为高分子材料阻燃技术的研究热点,同时也是应用最为普遍的技术之一。这之中辐射交联往往可以实现在未有引发剂以及催化剂的作用下,常温条件下即可进行反应工作,而且也不会对生态环境等带来任何的负面影响。聚合物交联不单单可以就整个的高分子材料结构以及性能进行改变,同时也大幅度的提升了高分子材料可适用性。上世纪九十年代中叶,膨胀阻燃技术逐渐进入公众视野,其主要特性为燃烧期间原料的表层会存在宝宝的碳质泡沫层,从而起到较好的控烟、隔热以及隔氧的作用,在整个的燃烧期间也不会出现腐蚀性以及其他有毒气体形式,烟量也不高。近些年,膨胀阻燃技术的研发已然成为行业关注的重点,相关技术也主要集中于防火涂料、橡胶等的原料与制品内。以Exolit IER-11膨胀性阻燃剂为例,其主要被用于阻燃PE、PP以及弹性体等场合,如若阻燃剂使用量处于25%~30%,则氧化指数等于30,即实现了UL94V-0的燃烧级别,和未有开展任何阻燃技术支持的原料对比,密度提升了10%~15%。

3 发展趋势分析

作为新兴行业之一,阻燃剂技术无疑在未来有着极为广阔的应用市场,磷系等阻燃技术的地位依旧会比较高,但随着对于该方面的研究不断深入,环保理念等的逐渐完善和提升,阻燃剂产品架构业已实现了巨大的调整和提升,此外多应用、环保的新型阻燃剂的探究与研发也是未来的发展主流[6]。

第一,多用途的阻燃剂将会受到更多的青睐与支持,并会逐渐成为未来研究的核心关键。随着科技等的进步与发展,已有的阻燃剂显然有何较高的改进与完善可能,可以就目前的部分阻燃剂进行复配,从而提升其原有特性,在控烟以及阻燃方面具有更好的表现,另外也包含了其他方面的特殊作用,成为具有多用途的阻燃形式。典型的包括带有抗静电特性的阻燃剂,能够进行复配,提升抗辐射以及耐热等作用。再比如多用途的纤维制品,不单单保留了纤维的基本特性,同时在无毒、控烟以及不熔融低落等方面也有着较好的表现,由此提升耐燃以及隔热的功效,大大提高了高分子材料安全性以及应用特性,延伸了应用范围。

第二,生态环保的阻燃技术将成为研究的重要内容之一。近些年,随着生产以及生活等的逐步趋于复杂性,对于阻燃剂等的使用需要也在不断的增加,产品技术更迭与研发、防火诉求等也在不断的提升。随着人们环保理念的不断提高,性价比、安全性等更具优势的阻燃剂无疑会受到更多的消费者的青睐与支持。若想要更多的赢得市场认可,单一性的提升适用性以及安全性势必处在不足,同时也应当更为积极的关注与研究阻燃原料等的绿色性和可持续性等方面的表现。社会大众逐渐开始强调低烟以及无毒、没有污染等的阻燃试剂的运用,向着更为环保以及节能等方向发展。典型的一些欧美国家逐渐开始更多的考量环保特性,从而限制了部分环境污染较高的阻燃剂使用。美国强调低卤电缆包覆层技术的推广使用;日本则对于部分电缆燃烧期间可能产生酸性气体等情况进行了严令禁止使用等等。

总而言之,阻燃剂为提升高分子原料阻燃特性的关键助剂,随着相关合成技术以及加工技术等的不断深入与发展,阻燃剂研发已然取得了重大发展。就科技创新而言,随着人们环保理念的不断提升,复配型、生态型的阻燃剂逐渐受到更多市场的支持。为进一步提升市场的竞争优势,各个国家也在逐步的强调对于低烟、无毒以及生态环保等多方面的阻燃剂的使用。更为高效能、低毒性以及环保业已成为该行业未来研究的重要方向,有着较好的市场前景。

4 结语

高分子材料已然在人们生活以及工作等各个方面发挥着越来越多的作用。相比于传统材料使用方面的不足,高分子材料的适用范围更广,应用特性也比较好,故而受到了广大用户的青睐。但易燃、可燃则是高分子材料普遍存在的特点,如若不对该问题进行深入研究和分析无疑不利于整个的高分子材料技术的发展。而包括微胶囊技术、纳米技术以及改性技术等均为目前较为常见的高分子材料阻燃技术形式。不同的技术有着不同的应用优势。

未来,随着技术研究不断深入以及市场对于高分子材料阻燃诉求不断提升,相信会出现更多的前沿高分子材料阻燃技术形式,切实保证高分子材料可靠、安全使用,并未整个行业的可持续发展奠定重要基础。

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