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1 膨脹型阻燃劑的分類

    IFR主要分磷氮類阻燃劑和可膨脹石墨兩類，磷氮類阻燃劑又分單體型磷氮類阻燃劑和混合型磷氮類阻燃劑兩類。

    1.1 磷氮類阻燃劑

    1.1.1 磷氮類阻燃劑的組成

    磷氮類膨脹型阻燃劑主要由炭源(成炭劑)、酸源(脫水劑)和氣源(發(fā)泡劑)3部分組成。炭源是能生成膨脹多孔炭層的物質(zhì)，一般是含碳豐富的多官能團(如-OH)成炭劑，如季戊四醇及其二縮醇、淀粉等，其有效性與活性羥基的數(shù)量有關(guān)，應在低于自身或塑料基體分解的溫度下先與炭化催化劑反應。酸源一般是在加熱條件下釋放無機酸的化合物，對無機酸的要求是沸點高和氧化性不太強，它必須能使含碳多元醇脫水，但在火災發(fā)生之前不宜發(fā)生脫水反應，所以常用的酸源都是鹽或酯。氣源是受熱放出惰性氣體的化合物，一般是銨類和酰胺類物質(zhì)，如尿素、蜜胺、三聚氰胺等，須在適宜的溫度下分解，并產(chǎn)生大量氣體。

    單體型磷氮類阻燃劑就是炭源、酸源、氣源共同存在于同一分子中，分子結(jié)構(gòu)中一般都含有自由的、可離子化的氫的衍生物，因此才能在加熱時產(chǎn)生膨脹作用。混合型磷氮類阻燃劑是由磷酸鹽、多元醇和含氮化合物三部分組成的混合物。其中比較典型的就是聚磷酸銨/季戊四醇/三聚氰胺(APP/PER/MEL)阻燃體系。

    1.1.2 磷氮類阻燃劑的阻燃機理

    膨脹型阻燃劑在受熱時，成炭劑在脫水劑作用下脫水成炭，炭化物在膨脹劑分解的氣體作用下形成蓬松發(fā)孔封閉結(jié)構(gòu)的炭層。該炭層為無定形炭結(jié)構(gòu)，其實質(zhì)是碳的微晶，一旦形成，其本身不燃，并可阻止塑料與熱源間的熱傳導，降低塑料的熱解溫度。另外，多孔炭層可以同時阻止熱解產(chǎn)生的氣體擴散以及外部氧氣擴散到未裂解塑料表面，使燃燒的塑料得不到足夠的氧氣和熱能而自熄，是典型的凝聚相阻燃機理。炭層形成的歷程是：

    (1)在較低的溫度下酸源釋放出無機酸。

    (2)在稍高與釋放酸的溫度下，發(fā)生酯化反應，體系中的胺可以作為酯化反應的催化劑。

    (3)體系在酯化前和酯化過程中熔化。

    (4)反應產(chǎn)生的水蒸氣和由氣源產(chǎn)生的不燃性氣體使熔融體系發(fā)泡，與此同時，多元醇磷酸酯脫水炭化，形成無機物及炭殘留物，且體系進一步膨脹發(fā)泡。

    (5)體系膠化和固化，形成多孔泡沫炭層。

    1.2 可膨脹石墨

    可膨脹石墨(Expandable Graphite，EG)是一種新型無鹵阻燃劑，它是由天然石墨經(jīng)濃硫酸酸化處理，然后水洗、過濾、干燥后在900-1 000℃下膨化制得。可膨脹石墨被迅速加熱至300℃左右時，可沿結(jié)晶結(jié)構(gòu)的C-軸方向膨脹數(shù)百倍。膨脹后的石墨由原來的鱗片狀變成密度很低的“蠕蟲”狀，形成了一個高效絕熱、隔氧層。可膨脹石墨在阻燃過程中起到在塑料表面形成堅韌的炭層，從而將可燃物與熱源隔開的作用，并在膨脹過程中，大量吸熱，降低了體系的溫度，同時釋放夾層中的酸根離子，促進脫水炭化，以及結(jié)合燃燒產(chǎn)生的自由基使鏈反應中斷。可膨脹石墨與磷化合物、金屬氧化物復合使用，能產(chǎn)生協(xié)效作用，用量很少就能達到阻燃目的問。但用該類阻燃劑改性的材料外觀差，使用范圍受到限制。

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