單質(zhì)磷是易燃物,但是在樹脂中,紅磷和其他含磷添加劑作用過程卻不是單純的氧化,含磷添加劑主要在凝聚相中作用,阻燃機(jī)理為:
形成磷酸或聚磷酸配作為脫水劑,在燃燒物表面形成高粘度的熔融玻璃質(zhì)和致密的碳化層,炭的生成降低了從火焰到凝聚相的熱傳導(dǎo)。紅磷阻燃劑介紹及其阻燃機(jī)理和發(fā)展趨勢(shì)
磷酸可吸熱,因?yàn)樗柚沽薈O氧化為CO2,降低了加熱過程。
發(fā)生如下變化:磷系阻燃劑→磷酸偏→磷酸→聚偏磷酸,聚偏磷酸是不易揮發(fā)的穩(wěn)定化合物,具有強(qiáng)脫水性,在聚合物表合物與空氣隔絕,脫出的水氣吸收大量的熱,使聚合物表面阻燃劑受熱分解釋放出揮發(fā)性磷化物,經(jīng)質(zhì)譜分析表明,存氫原子濃度大大降低,表明紅磷分解的PO·、HPO·自由基,捕捉高分子燃燒時(shí)生成的H·、HO·自由基,即PO·+H·=HPO。
對(duì)凝聚相形成一層薄薄的玻璃狀的或液態(tài)的保護(hù)層,因此降低了氧氣擴(kuò)散和氣相與固相之間的熱量和質(zhì)量傳遞,抑制了炭氧化過程,降低了含磷阻燃劑受熱分解。
每種磷系阻燃劑的阻燃機(jī)理由這三種組合,產(chǎn)生協(xié)同阻燃效果究竟以哪種機(jī)理為主,由阻燃劑和燃燒物的結(jié)構(gòu)決定。
微膠囊化紅磷的阻燃機(jī)理
在聚合物中加入包覆紅磷的阻燃作用機(jī)理有如下幾個(gè)方面,即在燃燒時(shí),形成磷酸衍生物,起到熱吸附體作用,阻礙了燃燒的進(jìn)一步發(fā)生;截留自由基,改善熱穩(wěn)定性;與氧反應(yīng)形成磷氧基,繼續(xù)與聚合物發(fā)生反應(yīng),產(chǎn)生交聯(lián)結(jié)構(gòu),得到磷氧交聯(lián)的碳化層;與環(huán)境中的氧反應(yīng)生成含氧磷酸鹽,這種含氧磷酸鹽具有較強(qiáng)的吸濕性,可以降低燃燒的聚合物的表面溫度,同時(shí)促進(jìn)聚合物的表面濕度,同時(shí)促進(jìn)聚合物的表面碳化。
紅磷的阻燃機(jī)理通常認(rèn)為是在凝聚相中進(jìn)行的,加入紅磷阻燃劑的聚合物燃燒時(shí),紅磷先被氧化并生成磷酸,接著磷酸又進(jìn)一步脫水生成偏磷酸和聚偏磷酸,從而在聚合物表面形成一層不燃性的液體保護(hù)膜;同時(shí),因偏磷酸和聚偏磷酸的強(qiáng)脫水作用,促使聚合物材料表面脫水炭化,形成一層致密的炭化層。液體膜和炭化層一方面隔熱阻氧,同時(shí)還有效地阻止了聚合物高溫分解產(chǎn)生的易燃?xì)怏w的擴(kuò)散,從而抑制材料的燃燒,達(dá)到阻燃的目的。與其它添加型磷系阻燃劑相比,紅磷的磷含量高。因此,為達(dá)到相同的阻燃等級(jí),紅磷的添加量比其它阻燃劑少,用它阻燃的聚合物具有較好的物理和機(jī)械性能。
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