為了預(yù)防災(zāi)的發(fā)生,或發(fā)生火災(zāi)以后阻止或延緩火災(zāi)的發(fā)展,往往用阻燃劑對易燃材料進(jìn)行燃處理,使易燃材料轉(zhuǎn)變成難燃材料或不燃材料,或者僅炭化而不著火、不發(fā)煙,或雖炭化、著火和發(fā)煙,但燃燒難以擴展。阻燃機理是個復(fù)雜的問題,迄今尚有許多現(xiàn)象無法解釋,但是在過去三十年中對聚合物的阻燃研究有了很大的發(fā)展,一些理論己經(jīng)被人們普遍接受。一般來說,阻燃機理可以分為以下四種類型:
(1) 聚相阻燃機理
高溫下阻燃劑在聚合物表面形成凝聚相,通過隔絕空氣、阻止熱傳遞、降低可燃性氣體釋放量來達(dá)到阻燃目的。形成凝聚相隔離膜的方式有兩種:一是阻燃劑在燃燒溫度下分解成不揮發(fā)的玻璃狀物質(zhì),包覆在聚合物表面,這種致密的保護層起到了隔離膜作用,如硼系和鹵化磷類阻燃劑具有這類特征;二是利用阻燃劑的熱降解產(chǎn)物促進(jìn)聚合物表面迅速脫水碳化,形成碳化層,單質(zhì)炭不產(chǎn)生火焰的蒸發(fā)燃燒和分解燃燒,能起到隔熱屏蔽作用,避免基體聚合物進(jìn)一步分解,從而減少了可燃?xì)怏w的生成量,達(dá)到阻燃保護的效果。磷系阻燃劑被認(rèn)為是凝聚相阻燃機理的典型例子,但是并非所有的磷系阻燃劑均為凝聚相阻燃機理。
(2)自由基捕獲機理
在聚合物燃燒過程中,生成的大量游離基促進(jìn)氣相燃燒反應(yīng),如能設(shè)法捕獲并消滅這些游離基,切斷自由基鏈鎖反應(yīng),就可以控制燃燒,進(jìn)而達(dá)到阻燃的目的。鹵系阻燃劑的阻燃機理就屬此類。自由基一般具有很高的能量,反應(yīng)速度非??欤匀紵某潭扔勺杂苫脑鲋吵潭榷?。當(dāng)有含鹵阻燃劑存在時,則含鹵阻燃劑在高溫下會分解產(chǎn)生鹵化氫,而鹵化氫能把自由基捕獲,從而將自由基的鏈鎖反應(yīng)切斷,這樣聚合物熱分解產(chǎn)生的自由基通過上述途徑變成了水,既吸收了熱量,降低了聚合物的溫度,又在聚合物表面留下一層炭化層,從而使火焰熄滅。
(3)冷卻機理
阻燃劑發(fā)生吸熱脫水、相變、分解或其它吸熱反應(yīng)時,會降低聚合物表面和燃燒區(qū)域的溫度,防止熱降解,進(jìn)而減少了可燃性氣體的揮發(fā)量,終破壞維持聚合物持續(xù)燃燒的條件,達(dá)到阻燃目的。氫氧化鋁、氫氧化鎂及硼類無機阻燃劑頗具代表性。
(4)協(xié)同作用機理
將現(xiàn)有的阻燃劑進(jìn)行復(fù)配,使各種阻燃機理共同發(fā)生作用,在降低阻燃劑用量的同時可以起到更好的阻燃效果。此外,協(xié)同體系還具有成本低、抑煙性好等優(yōu)點,例如用包覆的氫氧化鋁對ABS樹脂進(jìn)行阻燃改性,隨著用量的增加ABS氧指數(shù)也不斷增加,且在一定范圍內(nèi)成線性關(guān)系。