阻燃處理原理

根據(jù)燃燒的鏈反應理論，維持燃燒所需的是自由基。阻燃劑可作用于氣相燃燒區(qū)，捕捉燃燒反應中的自由基，從而阻止火焰的傳播，使燃燒區(qū)的火焰密度下降，最終使燃燒反應速度下降直至終止。如含鹵阻燃劑，它的蒸發(fā)溫度和聚合物分解溫度相同或相近，當聚合物受熱分解時，阻燃劑也同時揮發(fā)出來。此時含鹵阻燃劑與熱分解產(chǎn)物同時處于氣相燃燒區(qū)，鹵素便能夠捕捉燃燒反應中的自由基，從而阻止火焰的傳播，使燃燒區(qū)的火焰密度下降，最終使燃燒反應速度下降直至終止。

阻燃劑受熱時分解出不燃氣體，將可燃物分解出來的可燃氣體的濃度沖淡到燃燒下限以下。同時也對燃燒區(qū)內(nèi)的氧濃度具有稀釋的作用，阻止燃燒的繼續(xù)進行，達到阻燃的作用。

在高溫條件下，阻燃劑 發(fā)生了強烈的吸熱反應，吸收燃燒放出的部分熱量，降低可燃物表面的溫度，有效地抑制可燃性氣體的生成，阻止燃燒的蔓延。Al(OH)3阻燃劑的阻燃機理就是通過提高聚合物的熱容，使其在達到熱分解溫度前吸收更多的熱量，從而提高其阻燃性能。這類阻燃劑充分發(fā)揮其結(jié)合水蒸汽時大量吸熱的特性，提高其自身的阻燃能力。

在可燃材料中加入阻燃劑后，阻燃劑在高溫下能形成玻璃狀或穩(wěn)定泡沫覆蓋層，隔絕氧氣，具有隔熱、隔氧、阻止可燃氣體向外逸出的作用，從而達到阻燃目的。如有機阻磷類阻燃劑受熱時能產(chǎn)生結(jié)構(gòu)更趨穩(wěn)定的交聯(lián)狀固體物質(zhì)或碳化層。碳化層的形成一方面能阻止聚合物進一步熱解，另一方面能阻止其內(nèi)部的熱分解產(chǎn)生物進入氣相參與燃燒過程。

為了了解現(xiàn)有紡織品阻燃劑如何起作用以及更重要的--如何研發(fā)未來的阻燃劑，關鍵是更為深入地探索成纖聚合物 的燃燒機理。

在燃燒中，燃料(來自熱降解或熱解纖維)、熱(來自引燃和燃燒)和氧(來自空氣)均作為主要成分發(fā)揮作用。為了中斷這種機理，人們提出了5種方式(a)~(e)。阻燃劑可在其中的一種或多種方式下發(fā)揮作用。以下所列為各個階段及相關的阻燃作用:

a)除熱;

b)提高分解溫度;

c)減少可燃揮發(fā)物的形成，增加炭量;

d)減少與氧的接觸或稀釋火焰;

e)干擾火焰化學反應和/或提高燃料點燃溫度(Tc);

熔解和/或降解和/或脫水需吸收大量的熱(例如，在背涂層中含無機和有機磷的制劑、氫氧化鋁或水化氧化鋁)。

通常不為阻燃劑所利用;而在固有耐火和耐熱纖維 (如芳族聚酰胺纖維)中較常見。纖維素和羊毛中多數(shù)含磷、含氮的阻燃劑;在羊毛中的重金屬絡合物。水合的及某些促炭阻燃劑可釋放水;含鹵素阻燃劑可釋放鹵化氫。含鹵素阻燃劑，經(jīng)常與氧化銻結(jié)合。從上述內(nèi)容可以看出，某些類阻燃劑可以在多種方式下發(fā)揮作用，多數(shù)有效的例子都是如此。此外，某些阻燃制劑可產(chǎn)生液相中間物，該中間物可濕潤纖維表面，從而成為隔熱和隔氧的屏障--廣為接受的硼酸鹽-硼酸混合物即可在這種方式下發(fā)揮作用。此外，它還可促進成炭。為了簡化化學阻燃行為之不同方式的分類，可以使用術語'凝聚'相和'氣或蒸汽'相活動來區(qū)分它們。二者都是復合項，前者包括上述的(a~c)方式，后者包括(d)和(e)方式。物理機理通常同時起作用，這些機理包括通過形成涂層來排除氧氣和/或熱量(方式d)、增加熱容量(方式a)以及利用非易燃氣體稀釋或覆蓋火焰(方式d)。

纖維是否可以變軟和/或熔化(由表3中的物理轉(zhuǎn)化溫度所界定)決定著它是否具有熱塑性。熱塑性因其相關的物理變化，可嚴重影響阻燃劑的行為。傳統(tǒng)的熱塑性纖維(例如，聚酰胺、聚酯和聚丙烯)一收縮即可離開點燃火焰，從而避免被點燃:這使它們表面上顯現(xiàn)出阻燃性。事實上，如果收縮受阻，它們便會猛烈燃燒。這種所謂的支架效應可在聚酯-棉以及類似的混紡織物上看到，即熔融聚合物熔化到非熱塑性棉上并被點燃。類似的效應也可在由熱塑性和非熱塑性成分組成的復合紡織品 上看到。

隨著上述效應而來的是熔滴(通常是有焰熔滴)問題，這種滴淌雖可移除焰鋒的熱并促使火焰熄滅(因而可以'通過'垂直火焰試驗)，但卻能使位于其下的表面(如地毯或皮膚)發(fā)生燃燒或二次點燃。

多數(shù)在批量生產(chǎn)期間或作為整理劑施用于傳統(tǒng)合成纖維上的阻燃劑通常都是通過增強熔融滴淌和/或促助有焰熔滴熄滅兩種方式發(fā)揮作用的。迄今為止，任何手段都不能降低熱塑性并大量促進成炭，經(jīng)阻燃處理的纖維素(包括粘膠纖維)的情況就是如此。

按(d)和/或(e)方式在氣相起作用的阻燃劑都具有下述優(yōu)點，即它們會減小引燃傾向并有助于紡織品成纖聚合物的火焰熄滅。這是因為一旦熱降解產(chǎn)生的揮發(fā)產(chǎn)物或燃料在火焰中與氧發(fā)生氧化反應，其化學性質(zhì)就會變得非常類似。因此，像斷絕氧氣((e)方式)或生成干擾自由基((f)方式)這兩種方式無疑都能保證阻燃劑的效果。

根據(jù)成本和效益，銻-鹵素阻燃劑是本體聚合物和背涂層紡織品領域內(nèi)最成功阻燃劑。與用于纖維素纖維的含磷和氮的纖維反應性耐久阻燃劑不同，它們通常只能借助樹脂粘合劑用作背涂層劑。就紡織品而言，多數(shù)銻-鹵素體系都由三氧化二銻和含溴的有機分子(例如氧化十溴聯(lián)苯(DBDPO)或六溴環(huán)十三烷(HBCD))組成。一經(jīng)加熱，這些物質(zhì)就會釋放出HBr基和Br。基。這二者會干擾火焰的化學反應。