磷及磷化合物很早就被用作阻燃劑使用,對它的阻燃機(jī)理研究得也較早,從磷化合物在不同反應(yīng)區(qū)內(nèi)所起阻燃作用可分為凝聚相中阻燃機(jī)理和蒸汽相中阻燃機(jī)理,有機(jī)磷系阻燃劑在凝聚相中發(fā)揮阻燃作用。其阻燃機(jī)理如下:
在燃燒時(shí),磷化合物分解生成磷酸的非燃性液態(tài)膜,其沸點(diǎn)可達(dá)300℃。同時(shí),磷酸又進(jìn)一步脫水生成偏磷酸,偏磷酸進(jìn)一步聚合生成聚偏磷酸。在這個(gè)過程中,不僅由磷酸生成的覆蓋層起到覆蓋效應(yīng),而且由于生成的聚偏磷酸是強(qiáng)酸,是很強(qiáng)的脫水劑,使聚合物脫水而炭化,改變了聚合物燃燒過程的模式并在其表面形成碳膜以隔絕空氣,從而發(fā)揮更強(qiáng)的阻燃效果。
磷系阻燃劑的阻燃作用主要體現(xiàn)在火災(zāi)初期的高聚物分解階段,因其能促進(jìn)聚合物脫水發(fā)化,從而減少聚合物因熱分解而產(chǎn)生的可燃性氣體的數(shù)量,并且所生成的碳膜還能隔絕外界空氣和熱。通常,磷系阻燃劑對含氧聚合物的作用效果最佳,主要被用在含羥基的纖維素、聚氨酯、聚酯等聚合物中。對于不含氧的烴類聚合物,磷系阻燃劑的作用效果就比較小。
含磷阻燃劑也是一種自由基捕獲劑,利用質(zhì)譜技術(shù)發(fā)現(xiàn),任何含磷化合物在聚合物燃燒時(shí)都有PO·形成。它可以與火焰區(qū)域中的氫原子結(jié)合,起到抑制火焰的作用。另外,磷系阻燃劑在阻燃過程中產(chǎn)生的水分,一方面可以降低凝聚相的溫度,另一方面可以稀釋氣相中可燃物的濃度,從而更好地起到阻燃作用。
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