通常，人們對于阻燃橡膠的認識是在一般燃燒條件下，橡膠不燃燒而已，其實這是一種誤解。因為，不存在所謂一般的燃燒條件；聚合物產品不可能以某種形式阻止燃燒，所能做到的僅是改變其燃燒方式。



如果將聚合物置于足夠長的時間，足夠高的溫度和足夠多的氧氣條件下燃燒，則任何防火措施都將是無效的。因此，當火燃燒起來以后，橡膠不可避免地也要燃燒。所以，所謂阻燃是指橡膠延緩著火的時間，降低火焰傳播速度和離開火源后能迅速自行熄滅的能力。一般，它用氧指數來表示，氧指數越高，阻燃性能越好。



橡膠阻燃的必要性



隨著科技不斷進步，橡膠產品已廣泛應用于各行各業中。電線電纜、橡膠繩、輸送帶、膠管、導風管、橡膠帶，以及電子電器工業使用的橡膠制品，在阻燃性能和力學性能方面都要符合相應的國標要求。對橡膠制品阻燃性能的要求也越來越高，阻燃橡膠的開發和應用變得尤為重要。



橡膠的種類較多，各種橡膠的燃燒性能不同，大部分橡膠的氧指數較低，而且分解溫度較低，很容易發生燃燒。所以，研究橡膠燃燒特性，加入阻燃劑或改善橡膠本身的燃燒性能成為制備阻燃橡膠的主要途徑。



橡膠阻燃的幾種重要途徑



阻燃主要途徑是減緩熱分解、阻斷燃燒過程，具體的幾種阻燃途徑如下：



1.加入一種或幾種物質，改變橡膠的熱分解行為，使制備的橡膠熱分解溫度變高，并減少分解產生的可燃性氣體。



2.加入的物質能夠在受熱時，產生不燃性氣體，或產生隔絕O2的粘稠物質，或受熱時能夠吸收熱量，使不能滿足燃燒三要素（可燃物、氧氣、達到燃點）。



3.加入可以捕獲HO·的物質，中斷鏈式反應，使火焰傳播終止。



4.改變橡膠分子鏈的結構或性質，提高熱分解能力或者使其自身具有阻燃性。



由于橡膠與各種添加劑之間具有較好的相容性，因此添加各類阻燃劑仍是目前橡膠阻燃改性的重要手段。



橡膠阻燃劑的阻燃效應和阻燃機理



（一）阻燃劑的阻燃效應



阻燃劑發揮阻燃作用的主要原因是在高聚物燃燒的過程中能夠阻止或抑制其物理的變化或氧化反應。能夠具有如下一種或多種阻燃效應的化合物，均可作為阻燃劑。



1.吸熱效應



化合物受熱分解或釋放出結晶水或脫水，因其吸熱而使材料的溫度上升受到抑制，從而產生阻燃效應，稱為吸熱效應。如硼砂、氫氧化鋁、碳酸鈣等因此而起到阻燃作用。



2.覆蓋效應（隔絕效應）



阻燃劑在較高溫度下生成穩定的覆蓋層或分解生成泡沫狀物質，覆蓋于高聚物表面，使高聚物材料因熱分解而產生的可燃性氣體難以逸出，并對材料起隔熱和隔絕空氣的作用，從而達到阻燃的效果。如磷酯類化合物和防火發泡涂料等。



3.稀釋效應



其作用機理是在受熱分解時能夠產生大量的不可燃性氣體，使高聚物材料所產生的可燃性氣體被稀釋而達不到可燃的濃度范圍。如CO2、NH3、HCl、H2O等可作為稀釋氣體。磷酸銨、氯化銨、碳酸銨等在加熱時能產生這種不燃性氣體。



4.抑制效應



這是一類能夠切斷著火燃燒自由基連鎖反應的抑制劑。這類物質可以與·OH反復反應而生成H2O，切斷了自由基的反應鏈，抑制氧化反應發生，使其不至于激烈到起火的程度，即它在強烈的熱源環境下，著了火也會在外熱源離開后，因熱量少而不能維持燃燒，離火自熄。常用的溴類、氯類等有機鹵素化合物就有這種抑制效應。



5.轉移效應



其作用是改變高聚物材料熱分解的模式，從而抑制可燃性氣體的產生。例如，利用酸或堿使纖維素產生脫水反應進而分解成為炭和水，而不是可燃性氣體，這樣也就不能著火燃燒了。氯化銨、磷酸銨等的阻燃劑就屬于這類。



6.協同效應



這里主要是阻燃劑的并用。有些化合物單獨使用無阻燃效果或效果不大，采取并用能增強阻燃效果。如三氧化二銻與鹵素化合物并用，可大大提高阻燃效率，而且能減少阻燃劑的總用量。



主要阻燃劑及其阻燃機理



1、無機阻燃劑



（1）水合金屬氧化物主要品種有氫氧化鋁、氫氧化鎂、氫氧化錫等，其中以氫氧化鋁的吸熱效應最大，阻燃效果好。其阻燃作用主要是吸熱效應，生成的水蒸氣還能起隔絕效應。這類阻燃劑的最大優點是無毒，不會生成有害氣體，還可減少燃燒過程中CO的生成量，起消煙劑作用。最大缺點是分解溫度低，應用時使用量大，只能用于加工溫度較低、物理機械性能要求不高的高聚物材料的阻燃。此外，氫氧化鎂易吸收空氣中的CO2，生成碳酸鎂，使制品產生白點。



（2）硼化合物與鉬化合物這類阻燃劑中主要有硼酸、水合硼酸鋅、鉬酸鋅、鉬酸鈣、鉬酸銨等。其中水合硼酸鋅的阻燃效果最好。該類阻燃劑在較低溫度下熔融，釋放出水并生成玻璃狀覆蓋層，在燃燒過程中起隔絕、吸熱及稀釋效應。硼類阻燃劑與鹵系阻燃劑有協同效應。由于分解溫度低，不能用于加工溫度高的高聚物阻燃



（3）硅類化合物這類阻燃劑在燃燒時能生成玻璃狀的無機層（Si0）并接枝到高聚物上，產生不燃的含碳化合物，形成隔氧膜而抑制燃燒，同時還能防止高聚物受熱后的流滴。其燃燒時不產生火焰、CO及煙，而且還具有補強作用。因此，這是一類極有開發前景的非鹵素阻燃劑。



（4）膨脹型石墨這是一類新開發的無機阻燃劑美國已商品化。它能起隔絕效應，與紅磷有良好的協同效應，兩者常同時使用



（5）三氧化二銻三氧化二銻在不含鹵高聚物中阻燃作用很小，一般不單獨用作阻燃劑，在含鹵高聚物中有較好的阻燃作用，與鹵系阻燃劑并用有較好的協同效應



2、有機阻燃劑



（1）有機鹵系阻燃劑有機鹵系阻燃劑是目前用量最大的有機阻燃劑，主要是溴、氯化合物。溴化物雖然有毒，但其阻燃效果比氯化物好，用量少，很受用戶歡迎。同一鹵素不同類型的化合物，其阻燃能力不同，其大小順序為:脂肪族＞脂環族＞芳香族



脂肪族與高聚物的相容性好，但熱穩定性差；芳香族熱穩定好，但相容性差。含有醚基的芳香族鹵化合物與高聚物的相容性好，熱穩定性高，用量急劇增加。溴系阻燃劑中最常用的是十溴聯苯醚、四溴雙酚A。氯系阻燃劑中較常用的是氯化石蠟及全氯環癸烷。近幾年還開發了系列高分子量鹵素阻燃劑，如四溴雙酚A碳酸酯低聚物、四溴雙酚A環氧低聚物等，應用前景看好。



鹵系阻燃劑在分解時產生鹵化氫不燃性氣體，具有稀釋效應和覆蓋效應。更重要的是，鹵化氫能與燃燒過程中產生的·H反應，抑制高聚物燃燒的連鎖反應，起抑制效應。從而使該類阻燃劑具有非常好的阻燃效果。溴類阻燃劑的阻燃效果優于氯類阻燃劑，主要原因在于HCl與·OH的反應速度較HBr與·OH的反應速度慢



（2）有機磷系阻燃劑目前，商品化的主是磷酸酯類，如磷酸三苯酯（TPP）、磷酸三甲苯酯（TCP）、磷酸甲基甲苯酯（CDP）、磷酸三（2，3二溴丙）酯及磷酸三（2，3二氯丙）酯等。新開發的品種有季磷鹽、磷腈化合物及其聚磷酸酯，耐高溫性好，但阻燃效果不及前品種，尚未商品化。該類阻燃劑的阻燃機理可概括如下。



在燃燒時，磷化合物分解生成磷酸的非燃性液態膜，起到覆蓋效應。同時，磷酸進一步脫水生成偏磷酸，偏磷酸進一步縮合生成聚偏磷酸，使高聚物脫水而炭化，改變了高聚物燃燒過程的模式，并在其表面形成炭膜，以隔絕空氣和阻止可燃性氣體的產生，從而發揮更強的阻燃效果。這類阻燃劑對含氫氧基的高聚物如纖維素、聚氨酯、聚酯等有良好的阻燃效果，而對不含氧的聚烯烴類高聚物阻燃效果較小



（3）有機氮類阻燃劑該類阻燃劑在燃燒后生成可以使高聚物脫水及炭化的硝酸，從而起到轉移效應。主要應用于含氧高聚物的阻燃。而對烴類高聚物的阻燃效果不明顯。代表產品有三聚氰胺及其衍生物



（4）復合型阻燃劑有機磷/氮膨脹型阻燃是20世紀90年代阻燃劑開發的一個熱點。它是一種同時含有有機磷、有機氮的阻燃劑，可以是單一化合物（單體型），也可以是由兩種以上的化合物組成（復合型），均為磷酸酯及其衍生物與含氮阻燃劑的混合物，如磷酸酯與三嗪衍生物、有機胺的縮合物及聚磷酸銨的衍生物等。它的阻燃機理是在燃燒時能在高聚物表面生成一層均勻的炭質泡沫層，起隔絕及吸熱效應。這類阻燃劑阻燃效果好，消煙并能防止流滴，低毒，具有相當大的開發前景。



3、阻燃劑并用



有機磷系阻燃劑和有機鹵系阻燃劑并用，有極好的協同效應。這是由于磷系阻燃劑是在液相和固相中發揮效果，而鹵系燃劑是在氣相中發揮效果。兩者并用可以發揮協同效應。同時磷與鹵反應生成PX3、PX5、POX3等鹵磷化合物比鹵化氫重，揮發和散失困難，具有更大的覆蓋效應。磷、氯阻燃劑并用的協同作用比磷、溴低些。此外，無機的三氧化二銻與鹵系阻燃劑并用有協同效應是因為三氧化二銻在鹵化物存在的情況下，燃燒時所生成的SbCl3、SbBr3等鹵化銻的密度很大，覆蓋在高聚物表面起覆蓋效應，在氣態時也可捕捉自由基，具有抑制效應。鹵素化合物與硅粉并也可產生協同效應，其原理類似于鹵素化合物與磷系化合物并用。磷化合物與氮化合物并用，由于氮化合物能夠加速燃燒過程中多聚磷酸的形成，它既有助于泡沫層的形成，又能防止磷化合物隨燃燒氣體逸散，因而可起協同效應。磷/氮膨脹型復合阻燃劑便是基于這個原理開發的。

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來源：賢集網