阻燃剂的作用

    阻燃剂起到抑制或中止火灾的燃烧作用，从而可以获得更多的逃生时间。

    换句话说，阻燃剂的出现推迟或减慢：

    ＊ 着火时间（闪络）

    ＊ 烟雾的形成

    ＊ 火势扩散

    ＊ 毒性气体释放

    ＊ 腐蚀性化合物的释放

    ＊ 热量的释放

    因而，阻燃剂干扰了燃烧过程的不同阶段，如发热、分解、着火及火焰的扩张等阶段。

　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

图2: 燃烧的演变

 

　　　　　　　　　　　　　　

 

 

图3: 燃烧的化学反应

 

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

    阻燃剂的作用机理

    阻燃剂以不同的方式起作用:

    ＊ 促进炭化的发生

    ＊ 生成一层玻璃态的保护层

    ＊ 形成膨胀型外层

    ＊ 促使炭化作用的形成

    ＊ 终止气相阶段的自由基作用

    ＊ 通过吸热反应冷却涂料，例如有效的释放水或者二氧化碳等进而稀释涂料外层的气体浓度。

    阻燃剂的化学性质:

    有卤化合物（氯或溴）能起到吸收气相燃烧区中氢和羟基自由基的作用。该效率取决于阻燃剂中卤原子的种类和数量以及卤素释放速率。溴系阻燃剂：

    ＊ 一般溴含量为50-85%

    ＊ 技术性能比氯系阻燃剂好

    ＊ 受到一些涉及环保问题的使用限制

    重要的溴系阻燃剂产品:

    ＊ 四溴双酚A

    ＊ 六溴环十二烷

    ＊ 十溴代联苯醚

    ＊ 溴代聚合体，如溴代环氧、溴代聚苯乙烯、溴代聚碳酸酯、聚（溴代丙烯酸盐）以及溴代多元醇等。
    ＊ 八溴联苯醚(在欧洲已经停止使用)

    ＊ 五溴二苯醚(在欧洲已经停止使用)

    ＊ 多溴联苯(在欧洲已经停止使用)

    含磷化合物在燃烧材料的固相中起阻燃作用。磷系化合物受热后发生反应，产生磷酸(PO3)的聚合物形式，使得材料炭化。含磷阻燃剂的例子有多磷酸铵、红磷合金和有机物等。多磷酸铵是涂料的首选阻燃材料。

　　　　　　　　　　　　　　　

图4:多磷酸铵

 

　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

    含氮化合物可能起到的几个作用

    ＊ 在涂料内部形成交联的分子结构

    ＊ 释放出氮气，稀释可燃性气体的浓度，进而减少燃烧。

    ＊ 与含磷阻燃剂协同作用

    很多含氮阻燃剂都是基于三聚氰胺的衍生物。汽巴公司已经开发出基于取代受阻胺的N-烷氧基化（hydrocarbyloxy）阻燃剂。三聚氰胺多磷酸盐和三聚氰胺磷酸盐一般可用于涂料阻燃剂材料。

　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　

图5:几种三聚氰胺磷酸盐

 

    无机物阻燃剂通过物理作用发挥阻燃效果，例如通过释放出水或者不燃性气体、吸收热量或者形成不可燃烧的表面结构。可以用于涂料的无机物阻燃剂有氢氧化铝、氢氧化镁和硼系化合物等。

    主要的阻燃剂供应商

    ＊ Albemarle Chemtura (大湖化学)

    ＊ 德国Budenheim

    ＊ 汽巴精化

    ＊ 科莱恩

    ＊ 死海溴化物

    ＊ Italmatch化合物

    ＊ JLS化学公司

    ＊ 朗盛（LANXESS）

    ＊ 旭瑞达（Supresta LLC）(ex Akzo Nobel)

    选择什么化学性质的阻燃剂用于涂料？

    选择阻燃剂主要考虑下列的一些因素：

    ＊ 应用类型---涂料成分不同，实际的保护机理也不同

    ＊ 满意的燃烧安全标准不同

    ＊ 性价比

    ＊ 环境的可接受能力

    ＊与其它油漆或涂料成分相容性的问题，例如粘合剂、其它的添加剂等等

    ＊所需的添加量

    ＊阻燃剂的耐久能力

    ＊油漆或涂料的环保要求即可回收的能力

    阻燃涂料

　　膨胀型涂料被认为是最有效的阻燃型油漆和涂料。一般认为这种涂料最初用于钢表面，后来被应用到木器表面。

    例如: 用于钢的性能评价：

    "许多膨胀型涂料通常可以提供高达60分钟的较经济地阻燃时间。近年来的技术进步已经相当程度地降低了涂料的厚度，膨胀性能也得以提高，在90分钟的市场也比较具有竞争力。也有为数较少的几种膨胀型涂料可以达到120分钟的阻燃时间。" (Corus公司)

    规定和新法规

    针对能明显增加成本的新型阻燃涂料或油漆产品，欧盟和美国制定了严格的限制程序。这样的规定主要起到很强的阻力作用，避免开发新技术。但是"安全第一"的使用考虑因具有强大的市场拉动力，会加快新产品的发展。

    Frost&Sullivan公司的报道：

    在美国......

    膨胀型涂料一般需要经过一系列的燃烧试验，才能获得某种应用的资格……但是通常来说，这些试验是非常昂贵的，甚至可花费高达好几百万美元。出于这种考虑，这些被鉴定的要素是膨胀型涂料制造商所面临的最重要的挑战。"

    膨胀型涂料的一些性能:

    ＊ 膨胀型涂料具有类似于罩面漆外观性能，在环境温度下可保持稳定。这种涂层一般是由以下的几种涂料组成：一个具有良好粘结性能的底漆，一个膨胀型的涂料，最后是一个保护性的装饰外漆。

    ＊ 有些供应商不推荐使用保护性外层，这主要是由于这样做会降低膨胀型涂料的使用效果。

    ＊ 膨胀型阻燃涂料的成本可能会非常昂贵。

    ＊ 膨胀型涂料的厚度和阻燃效率有关，是非常关键的。

    膨胀型涂料的组成:

    ＊ 聚合物粘合剂

    ＊ 受热时能释放出有机酸的多磷酸铵

    ＊ 炭化剂：淀粉等多元醇、季戊四醇等

    ＊ 释放出气体使涂料膨胀的三聚氰胺

    阻燃过程:

    在一定温度以上，在膨胀型涂料内部发生化学反应，产生数倍于原始厚度的膨胀，形成类似泡沫结构的绝缘涂层或“炭化层”从而将基质保护起来。

    发生下列的反应过程:

    ＊ 聚合物粘合剂的初始软化

    ＊ 释放出有机酸

    ＊ 粘合剂的碳化

    ＊ 涂层通过释放气体发生膨胀

    ＊ 膨胀涂层通过交联作用产生强化作用
　　　　　　　　　　　　　　　

    一些常用的膨胀型阻燃涂料的牌号:

    阿克苏 诺贝尔（Akzo Nobel）
    Chartek环氧材料

    杜邦（DuPont）
    Unitherm系列产品
    PPG
    Pitt-Char XP 钢用涂料
    Speedhide膨胀型乳胶涂料
    CAFCO工业
    SRAYFILM
    多孔性基材- 膨胀型涂料的替代材料

    木材是一个具有吸收性能的基材，它可以用另外的途径进行处理，以达到改善阻燃性能的目的。一般有三种方法:

    ＊ 可以在加工过程中将阻燃剂和木材合成物复合到一起（通常是硼酸盐）

    ＊ 可以在加工后将阻燃剂浸渍到原木板、胶合板、木屑板或硬纸板中（通常是硼酸盐）

    ＊ 当现有的木结构上存在阻燃型油漆或涂料时，使用阻燃剂（通常为膨胀型配方）

    当底层基质表面开始燃烧时，附近的阻燃涂层应该发挥最好的保护作用。膨胀型涂料或许是最有效的一种，但是有些公司会向阻燃浓缩物中增加水性涂料并作为内用油漆使用--这些阻燃剂可能是基于三聚氰胺磷酸盐、多磷酸铵或者硼酸盐等化合物。

　　纤维完全属于无机物，具有高温加强性能。这一性能可以使得阻燃配方获得较低的火焰传播速度以及烟雾生成速度。另外，纤维还具有优异的高温绝缘性能，这对油漆和涂料在阻燃应用领域非常有利。

    有待解决的未决问题:

    ＊ 户外使用场合,所需要的足够功效和耐久性。

    ＊ 降低涂料或油漆的成本，促进其更广泛的使用。

    ＊ 引入纳米技术来改善阻燃效率（粘土复合物、无机纳米粒子）。