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        阻燃劑的科學認識與環保

        來源:米萬科技 發布日期:2021-6-22 10:39:07
          

        隨著高分子材料及電子消費產品的廣泛應用,火災的發生率也在上升,其帶來的危害更是令人觸目驚心。高分子材料的阻燃性能變得越來越重要,阻燃劑在其中發揮著不可或缺的重要作用,未來阻燃劑的發展方向將是高效、綠色和環保。


        阻燃劑如何發揮作用

          阻燃劑是用于提高分子材料抗燃性,通過提高分子材料著火點,或者降低材料燃燒速度,從而增加救援時間,挽救生命,減少損失。

          按結構阻分,燃劑可分為大分子聚合型和小分子類阻燃劑;按照使用方法,可分為添加型阻燃劑和反應型阻燃劑;按照材料內是否含有鹵素,可分為鹵素阻燃劑和無鹵阻燃劑。而添加型阻燃劑多用于熱塑性高分子材料,與材料中其他組分不發生化學反應,只以物理方式存在于高分子材料中。而反應型阻燃劑則多用于熱固性高分子材料,參與合成高分子材料的化學反應,成為高分子材料的結構單元。

          高分子材料遇到明火點燃后,會發生劇烈的氧化反應,釋放大量的羥基。由于羥基非?;顫?,易與其他物質結合,結合后生成水和其他的有機物。其他的有機物和氧氣進一步結合發生分解反應,形成新的有機物。在這一系列循環反應中,燃燒一直持續。

          在這一過程中,阻燃劑又是如何發揮作用的?根據燃燒的三大要素——可燃物、助燃物和火源,阻燃劑的阻燃原理可概括為:

        1.通過吸收熱量達到阻燃,例如無機阻燃劑氫氧化鋁高溫分解,放出結晶水,結晶水蒸發為水蒸氣。此過程會吸收大量的熱,降低材料表面的溫度,進行阻燃。

         2.通過產生不燃氣體稀釋氧氣,減緩燃燒速度,如氫氧化鋁阻燃劑,產生的水蒸氣能降低材料周圍氧氣的濃度,抑制火勢的蔓延。

        3.在材料表面形成密實的覆蓋層,隔絕材料與氧氣的接觸,例如磷系阻燃劑,在高溫條件下會變成結構更加穩定的交聯狀固體物質或碳化層包裹住材料,阻止繼續燃燒。

        4.捕捉參與燃燒反應的自由基,抑制自由基鏈式反應,例如溴阻燃劑,高溫條件下,高分子材料受熱分解時,溴阻燃劑與熱分解產物同時進入到氣相燃燒區,捕捉氣相燃燒區中的自由基,抑制自由基鏈式反應,從而阻止火焰傳播。


        阻燃劑有哪些種類

          按照大類分,阻燃劑可分為鹵化阻燃劑和無鹵阻燃劑。字面上看,二者最大的區別是前者含有鹵素,而后者不含鹵素。然而,無鹵并非絕對的不含鹵素,而是根據其含量的多少來定義的。無鹵的定義是溴氯小于900ppm,溴氯總含量小于1500ppm。鹵化阻燃劑主要指溴化阻燃劑和氯化阻燃劑,其中,溴化阻燃劑是目前使用最多、應用最廣的阻燃劑。

          在日常生活、交通運輸領域,幾乎大多數阻燃材料都含鹵素,鹵化阻燃劑具有添加量少,阻燃效果顯著、價格低廉的特點。在添加阻燃劑中,鹵素元素與高分子材料具有良好的相容性,對材料本身的物化性質不會造成影響。

          但與此同時,我們也不能忽略個別溴化阻燃劑,如六溴環十二烷,在燃燒過程中會釋放大量的煙以及毒性氣體,給滅火、逃離和恢復工作帶來困難。

          在鹵化阻燃劑面臨諸多爭議時,我們需了解下列事實:

         ?、黉逑底枞紕┰谌蚍秶詮V泛使用,且歐盟和許多國家授權清單和候選清單上只有包含六溴環十二烷在內的2-3種鹵化阻燃劑,而目前的溴化阻燃劑多達70多種;

         ?、诮^大多數溴系阻燃劑經過嚴格評估證明對人體及環境無害,且有一些溴化阻燃劑如四溴雙酚A的毒性比食鹽還低;

         ?、墼谡_操作條件下,溴系阻燃劑的使用和回收利用過程不會對外界產生新的危害氣體,且可回收性優于其他阻燃體系;

         ?、茕逑底枞紕┚哂袕V泛適用性,幾乎適用于所有需要阻燃的材料,從未停止過對溴系阻燃劑的研究和應用。

          無鹵阻燃劑包括磷系阻燃劑、膨脹阻燃劑、無機阻燃劑、含硅阻燃劑和生物基阻燃劑。無鹵阻燃劑大多含有磷元素和氮元素,主要分為

          磷系阻燃劑

          磷系阻燃劑分無機磷系阻燃劑和有機磷系阻燃劑,對磷系阻燃劑改性和復配阻燃是其工作的重點。磷系阻燃劑主要在火災初期材料分解階段起作用,形成保護膜,隔絕外界的熱和空氣。

          膨脹阻燃劑

          膨脹型阻燃劑能有效保護長時間暴露在火焰中的材料。

          無機阻燃劑

          無機阻燃劑具有良好的熱穩定性、阻燃、不揮發、不產生腐蝕性氣體、發煙量小等特點,是低鹵無鹵阻燃體系的主要原料。

          含硅阻燃劑

          含硅阻燃劑中,Si–O–Si結構穩定,且在燃燒時具有低毒性、防滴落、促進成炭及抑煙性的特點。

          生物基阻燃劑

          生物基阻燃劑雖然只處于研究的初級階段,但基于其價格低廉、無毒、資源廣的優勢,逐漸成為人們關注和研究的熱點。

          無鹵阻燃劑種類多,但其面臨一個共同的問題——難以達到良好的阻燃效果,且對材料的力學以及加工性能有影響。所以,鹵化阻燃劑和無鹵阻燃劑各有其優缺點,人們在選用阻燃劑時,應全面考慮被阻燃基材的結構、使用環境以及回收利用等方面。

        科學認識阻燃劑的環保性

          近幾年,無鹵阻燃劑越來越受到熱捧。很長一段時間甚至現在,“鹵素阻燃劑是有毒有害的,無鹵阻燃劑是環保的,是未來阻燃劑的發展方向”的錯誤觀點深入人心。阻燃劑“無鹵化=環?!钡挠^點靡然成風。

          探其淵藪,其一,個別阻燃劑出現不良影響后,人們以偏概全,把這種不良影響擴大至整個鹵化阻燃劑;其二,對個別研究成果曲解和斷章取義;其三,由于檢測化合物結構的難度超過檢測元素的難度,人們為了便捷只檢測化合物是否含鹵素來評判;其四,被一些以營利為目的的個人、企業和研究所利用,宣揚鹵素有害無鹵就是環保,強迫下游廠家放棄使用所有含鹵阻燃劑,以此進行藍海營銷等。事實上,按照國際通用的化學品分類和標簽制度,在所有70多種商品化溴系阻燃劑中,只有TBBA(四溴雙酚A)和HBCD(六溴環十二烷)兩種產品被明確定義為有毒有害。而一些無鹵阻燃劑如絕大多數磷酸酯和部分磷酸鹽、次磷酸鹽本身帶有環境有害物質標簽。因此,以含有某種化學元素來判斷是否環境友好是沒有任何科學依據的!

          沒有任何法規對整個鹵素家族提出限制,或者豁免、支持無鹵。片面強調無鹵化只會給社會帶來諸多危害:一是它使得概念混淆,誤導了社會公眾;二是破壞以科學為基礎的化學品評估和管理體系,誤導監管部門采取片面的政策措施;三是強迫廠商采用不成熟的無鹵替代產品,或者降低阻燃水平,從而放大火災風險,威脅生命和財產安全;四是增加不必要的檢驗和檢測,增加廠家成本,并最終增加消費者的負擔;五是打破原有的助劑供應市場格局,使得助劑供應商數量減少,供應集中,增大壟斷的風險;六是拉大國內電子產品生產企業和國際一流制造商之間的差距,削弱了國產品牌的競爭力。

          阻燃劑行業應該百花齊放,不同阻燃劑有不同適用領域,應該在符合監管法規的框架下由市場去選擇,而不是只因個別問題就片面倡導強調無鹵化。

          誠然,追求環保是阻燃劑得以可持續發展的必要條件,但是也不能過于偏激,必須得先搞清楚環保的本質。環保即環境友好,阻燃劑作為一種化學品,達到環境友好需要滿足3個條件。第一,從化學結構本身上看,它應該達到兩種屬性:環境非PBT和人體無毒無害。具體來說,環境非PBT指的是化學品在持久性污染、生物累積性、遷移性和生態毒性方面影響小,并且對人體無毒、對人體健康無影響。第二,整個生命周期內對環境的影響小,主要表現在從產品的生產、制造、運輸、使用到廢棄的整個過程中碳足跡低、環境釋放小、綜合能耗低,并且要對過程中的廢棄物進行合適的處理,最好可以回收利用。第三,產品具備必要的物理化學性能,能夠達到使用性能,物盡其用,且滿足相關法規的監管要求。當阻燃劑滿足這3個條件時,它才符合綠色化學原則,才能找到未來的環境友好發展方向。

          眾所周知,就產品本身而言,化學品只有進入生物體才能產生相應的危害。而高分子化合物,由于分子體積太大很難穿透生物細胞膜而參與體循環及新陳代謝,因而不太會產生生物累積性。所以大分子聚合型阻燃劑是綠色發展方向之一。從傳統的高分子溴系阻燃劑、高分子磷系阻燃劑等,再到如今新型的有機硅系阻燃劑、聚合型氮-磷系阻燃劑等,都是對阻燃劑環境友好方向的探索與追求。

          綜上所述,對于阻燃劑的認識,我們必須抱著科學、理性的態度,切不可道聽途說。隨著人們環保意識的增強,減少對人們身體健康危害已經越來越引起人們的重視,阻燃劑向環保友好方向發展勢必是未來的趨勢。


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