阻碍燃烧的物理机理:
•促进吸热反应(散热),使基材冷却至维持燃烧所需的温度以下。
•产生惰性气体,稀释燃烧聚合物表面的氧气,使火焰由于缺少氧化剂而熄灭。
•形成保护层不渗透涂层,减少向聚合物传递的热量,阻碍氧气扩散到分解区,并阻止聚合物分解过程产生的挥发性易燃气体逸出。
阻燃剂的化学作用模式:
•通过捕获聚合物降解产生的自由基物质(特别是H·和OH·)抑制气相氧化反应。氢自由基引发支链反应,促进燃料燃烧(H·+O2→OH·+O·),而羟基自由基则参与聚合物分解过程中放热最多的反应(OH·+CO·→H·+CO2),提供维持燃烧所需的大部分能量。这些高度活性物质与阻燃剂释放的特定自由基反应,形成反应性较低的分子,甚至惰性分子。
•通过促进低能固态反应,聚合物表面形成碳质(或玻璃质)层,导致聚合物碳化,挥发产物减少。碳质层用作气相和凝聚相之间的物理绝缘屏障。
•加速聚合物降解,导致明显滴落,从而使燃料从燃烧源中排出。通过这种方式起作用的添加剂通常不可取;但根据UL-94协议,它们可用于鉴定聚合材料。
多因素的制约
通常,上述机理不是单独作用而是共同作用的。因此,阻燃剂的作用方式通常是一个复杂的过程,由各个阶段组成,其中一个阶段起主导作用。为每种情况选择合适的添加剂要考虑多种因素,其中最重要的因素如下:
•阻燃剂在特定聚合物基材中的有效性。
•阻燃剂在聚合物加工条件下的稳定性。
•添加剂的兼容性和保护聚合物物理性能的能力(力学性能、电性能、颜色等)。
•成本效益。
•阻燃剂的毒性以及迁移和/或引起腐蚀的特性。
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