科普 | 外露高分子卷材中阻燃知识 -内参

科普 | 外露高分子卷材中阻燃知识

来源:专家库 作者: 叶丹 2023-03-30 08:35

根据GB 55030-2022《市政与建筑防水通用规范》最新规定,外露防水材料的燃烧性能等级不应低于B2级。

高分子卷材主要原料为聚合物,是极易燃烧的一种物质,聚合物的燃烧,是一个非常激烈复杂的热氧化反应,具有冒发浓烟或炽烈火焰的特征。

因此,外露型高分子卷材中阻燃剂的添加是必不可少的,能够有效的阻止塑料引燃或抑制火焰的传播。今天,我们就来为大家介绍下热塑性聚烯烃(TPO)防水卷材中几种常见典型的阻燃剂。

01、卤系阻燃剂

卤系阻燃剂包括溴系和氯系阻燃剂。卤系阻燃剂是目前世界上产量最大的有机阻燃剂之一。卤系阻燃剂主要在气相中发挥阻燃作用。因为卤化物分解产生的卤化氢气体,是不燃性气体,有稀释效应。它的比重较大,形成一层气膜,覆盖在高分子材料固相表面,可隔绝空气和热,起覆盖效应。更为重要的是,卤化氢能抑制高分子材料燃烧的连锁反应,起清除自由基的作用。高分子材料中加入的含溴阻燃剂,遇火受热发生分解反应,生成自由基Br·,它又与高分子材料反应生成溴化氢,溴化氢与活性很强的OH·自由基反应,一方面使得Br再生,一方面使得OH·自由基的浓度减少,使燃烧的连锁反应受到抑制,燃烧速度减慢,直至熄灭。

02、磷及磷化合物阻燃剂

磷及磷化合物很早就被用作阻燃剂使用,在燃烧时,磷化合物分解生成磷酸的非燃性液态膜,其沸点可达300℃。同时,磷酸又进一步脱水生成偏磷酸,偏磷酸进一步聚合生成聚偏磷酸。在这个过程中,不仅由磷酸生成的覆盖层起到覆盖效应,而且由于生成的聚偏磷酸是强酸,是很强的脱水剂,使聚合物脱水而炭化,改变了聚合物燃烧过程的模式并在其表面形成膜以隔绝空气,从而发挥出更强的阻燃效果。


03、无机阻燃剂

氢氧化铝氢氧化镁是无机阻然剂的主要品种,它们具有无毒性和低烟等特点。由于受热分解吸收大量燃烧区的热量,使燃烧区的温度降低到燃烧临界温度以下燃烧自熄,分解后生成的金属氧化物多数熔点高、热稳定性好,覆盖于燃烧固相表面阻挡热传导和热辐射,从而起到阻燃作用。同时分解产生大量的水蒸气,可稀释可燃气体,也能起到阻燃作用。


纳米复合阻燃材料阻燃机理

纳米复合材料单独提出来,虽然都属于复合阻燃,但其原理有点不同。纳米复合材料是指将材料中的一个或多个组分以纳米尺寸或分子水平地分散在另一个组分基体中,此研究只有十几年的历史。实验表明,因纳米材料以超细的尺寸存在,所以各种类型的纳米复合材料的性能比其相应的宏观或微米级复合材料均有较大的改善,其中材料的热稳定性和阻燃性能也会较大幅度的提高。

复合纳米材料

某些鳞片状无机物能够在物理和化学的作用下碎裂成纳米尺寸的结构微区,其片层间距一般在零点几到几个纳米,它们不仅可以让某些聚合物插层进入纳米尺寸的夹层空间中,形成“插层型纳米复合材料”,而且,无机夹层还会被聚合物撑开形成长径比很大的单片状无机物,均匀地分散在聚合物的基体中,形成“层离型纳米复合材料”。利用多孔或层状无机化合物的特性,制备无机/聚合物纳米复合材料,在热分解和燃烧过程中,可能形成炭及无机盐多层结构,起到隔热及阻止可燃气体逸出的作用,使高聚物得以阻燃。

另外,用无机/聚合物纳米复合材料还具有防腐、防渗漏、耐磨耐候的作用。目前已在尼龙/粘土纳米复合材料、PS/粘土纳米复合材料、PET/粘土纳米复合材料、PBT/粘土纳米复合材料、PP/粘土纳米复合材料等纳米复合材料的研究方面取得了可喜的成绩。

有机硅阻燃剂阻燃机理

将硅酮化合物作为阻燃剂的研究始于20世纪80年代初期。1981年,Kamber发表关于聚碳酸酯与聚甲基硅氧烷共混,可使阻燃性能提高的研究报告。虽然有机硅阻燃剂的研究开发落后于卤系及磷系阻燃剂,但是,有机硅阻燃剂作为一类新型的无卤阻燃剂,以其优异的阻燃性、成型加工性和环境友好而独具风采。有机硅阻燃剂有硅油、硅树脂、带功能团的聚硅氧烷、聚碳酸酯一硅氧烷共聚物丙烯酸酯一硅氧烷复合材料以及硅凝胶等。以硅酮化合物阻燃的高分子材料,硅酮阻燃剂多半会迁移到材料的表面,形成表面为硅酮富集层的高分子梯度材料。

硅酮母粒


一旦燃烧时,就会生成硅酮特有的、含有一Si-O键和一Si-C-键的无机隔热绝缘保护层,既阻止了燃烧生成的分解成物外逸,又抑制了高分子材料的热分解,达到了高阻燃化、低发烟量、低有害性的目的。目前开发应用的有机硅阻燃剂有美国DowCorning公司开发并商品化的“D.C.RM”系列阻燃剂,日本NEC与GE东芝有机硅公司共同研究开发的硅酮阻燃剂“XC-99-B6645",还有美国GE公司开发的SFR104有机硅树脂等。

塑料制品的发展史上阻燃剂的类型也层出不穷,但最终的目的都是想获得具有一定阻燃性能的产品,阻燃剂的选择应遵循高效、环保、经济等原则。GB 55030-2022《市政与建筑防水通用规范》规定,外露防水材料的燃烧性能等级不应低于B2级。因此,外露型防水材料为建筑提供防水功能同时,还需兼具阻燃性能,只有这样才能更好的为人们的居住环境和财产安全保驾护航。


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