基本介紹
- 中文名：阻燃處理原理
- 外文名：Flame retardant treatment principle
吸熱作用,覆蓋作用,抑制鏈反應,不燃氣體窒息作用,燃燒和阻燃的機理,阻燃策略,熱塑性,阻燃機理和成炭,
吸熱作用
在高溫條件下，阻燃劑 發生了強烈的吸熱反應，吸收燃燒放出的部分熱量，降低可燃物表面的溫度，有效地抑制可燃性氣體的生成，阻止燃燒的蔓延。Al（OH）3阻燃劑的阻燃機理就是通過提高聚合物的熱容，使其在達到熱分解溫度前吸收更多的熱量，從而提高其阻燃性能。這類阻燃劑充分發揮其結合水蒸汽時大量吸熱的特性，提高其自身的阻燃能力。
覆蓋作用
在可燃材料中加入阻燃劑後，阻燃劑在高溫下能形成玻璃狀或穩定泡沫覆蓋層，隔絕氧氣，具有隔熱、隔氧、阻止可燃氣體向外逸出的作用，從而達到阻燃目的。如有機阻磷類阻燃劑受熱時能產生結構更趨穩定的交聯狀固體物質或碳化層。碳化層的形成一方面能阻止聚合物進一步熱解，另一方面能阻止其內部的熱分解產生物進入氣相參與燃燒過程。
抑制鏈反應
根據燃燒的鏈反應理論，維持燃燒所需的是自由基。阻燃劑可作用於氣相燃燒區，捕捉燃燒反應中的自由基，從而阻止火焰的傳播，使燃燒區的火焰密度下降，最終使燃燒反應速度下降直至終止。如含鹵阻燃劑，它的蒸發溫度和聚合物分解溫度相同或相近，當聚合物受熱分解時，阻燃劑也同時揮發出來。此時含鹵阻燃劑與熱分解產物同時處於氣相燃燒區，鹵素便能夠捕捉燃燒反應中的自由基，從而阻止火焰的傳播，使燃燒區的火焰密度下降，最終使燃燒反應速度下降直至終止。
不燃氣體窒息作用
阻燃劑受熱時分解出不燃氣體，將可燃物分解出來的可燃氣體的濃度沖淡到燃燒下限以下。同時也對燃燒區內的氧濃度具有稀釋的作用，阻止燃燒的繼續進行，達到阻燃的作用。
燃燒和阻燃的機理
為了了解現有紡織品阻燃劑如何起作用以及更重要的--如何研發未來的阻燃劑，關鍵是更為深入地探索成纖聚合物 的燃燒機理。
阻燃策略
在燃燒中，燃料（來自熱降解或熱解纖維）、熱（來自引燃和燃燒）和氧（來自空氣）均作為主要成分發揮作用。為了中斷這種機理，人們提出了5種方式（a）～（e）。阻燃劑可在其中的一種或多種方式下發揮作用。以下所列為各個階段及相關的阻燃作用：
a）除熱；
b）提高分解溫度；
c）減少可燃揮發物的形成，增加炭量；
d）減少與氧的接觸或稀釋火焰；
e）干擾火焰化學反應和/或提高燃料點燃溫度（Tc）；
熔解和/或降解和/或脫水需吸收大量的熱（例如，在背塗層中含無機和有機磷的製劑、氫氧化鋁或水化氧化鋁）。
通常不為阻燃劑所利用；而在固有耐火和耐熱纖維 （如芳族聚醯胺纖維）中較常見。纖維素和羊毛中多數含磷、含氮的阻燃劑；在羊毛中的重金屬絡合物。水合的及某些促炭阻燃劑可釋放水；含鹵素阻燃劑可釋放鹵化氫。含鹵素阻燃劑，經常與氧化銻結合。從上述內容可以看出，某些類阻燃劑可以在多種方式下發揮作用，多數有效的例子都是如此。此外，某些阻燃製劑可產生液相中間物，該中間物可濕潤纖維表面，從而成為隔熱和隔氧的屏障--廣為接受的硼酸鹽-硼酸混合物即可在這種方式下發揮作用。此外，它還可促進成炭。為了簡化化學阻燃行為之不同方式的分類，可以使用術語’凝聚’相和’氣或蒸汽’相活動來區分它們。二者都是複合項，前者包括上述的（a～c）方式，後者包括（d）和（e）方式。物理機理通常同時起作用，這些機理包括通過形成塗層來排除氧氣和/或熱量（方式d）、增加熱容量（方式a）以及利用非易燃氣體稀釋或覆蓋火焰（方式d）。
熱塑性
纖維是否可以變軟和/或熔化（由表3中的物理轉化溫度所界定）決定著它是否具有熱塑性。熱塑性因其相關的物理變化，可嚴重影響阻燃劑的行為。傳統的熱塑性纖維（例如，聚醯胺、聚酯和聚丙烯）一收縮即可離開點燃火焰，從而避免被點燃：這使它們表面上顯現出阻燃性。事實上，如果收縮受阻，它們便會猛烈燃燒。這種所謂的支架效應可在聚酯-棉以及類似的混紡織物上看到，即熔融聚合物熔化到非熱塑性棉上並被點燃。類似的效應也可在由熱塑性和非熱塑性成分組成的複合紡織品 上看到。
隨著上述效應而來的是熔滴（通常是有焰熔滴）問題，這種滴淌雖可移除焰鋒的熱並促使火焰熄滅（因而可以’通過’垂直火焰試驗），但卻能使位於其下的表面（如地毯或皮膚）發生燃燒或二次點燃。
多數在批量生產期間或作為整理劑施用於傳統合成纖維上的阻燃劑通常都是通過增強熔融滴淌和/或促助有焰熔滴熄滅兩種方式發揮作用的。迄今為止，任何手段都不能降低熱塑性並大量促進成炭，經阻燃處理的纖維素（包括粘膠纖維）的情況就是如此。
阻燃機理和成炭
按（d）和/或（e）方式在氣相起作用的阻燃劑都具有下述優點，即它們會減小引燃傾向並有助於紡織品成纖聚合物的火焰熄滅。這是因為一旦熱降解產生的揮發產物或燃料在火焰中與氧發生氧化反應，其化學性質就會變得非常類似。因此，像斷絕氧氣（（e）方式）或生成干擾自由基（（f）方式）這兩種方式無疑都能保證阻燃劑的效果。
