塑料的可燃性
塑料的興起和發(fā)展給人類帶來(lái)物質(zhì)文明，但也可構(gòu)成某種可燃燒的潛在威脅，因?yàn)樗芰系幕w是碳、氫元素，是有機(jī)高分子材料。燃燒點(diǎn)低，極易著火。塑燃燒是一個(gè)非常激烈、復(fù)雜的熱氧化反應(yīng)，具有冒濃煙或熾熱火焰的特征。當(dāng)塑料作為建筑材料、居室裝飾材料、結(jié)構(gòu)件、家具、家電等耐用消費(fèi)品時(shí)，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，塑料件的可燃性勢(shì)必對(duì)人民的生活和生命財(cái)產(chǎn)構(gòu)成潛在威脅。我國(guó)近十年來(lái)平均每年發(fā)生火災(zāi)3萬(wàn)~4萬(wàn)次，經(jīng)濟(jì)損失2億至3億元。發(fā)生火災(zāi)大多是煙蒂引燃化纖地毯、塑料墻紙、電線電器釀成。國(guó)外這類事件更多，研究國(guó)外對(duì)各種火災(zāi)事故的統(tǒng)計(jì)分析表明，塑料建筑材料引發(fā)火災(zāi)事例更多。火災(zāi)威脅不僅僅是烈火本身，破壞性更大對(duì)生命構(gòu)成更大危害的是塑料燃燒產(chǎn)生的煙霧和毒氣，美國(guó)的統(tǒng)計(jì)表明，火災(zāi)死亡有2/3源自煙毒。
不是所有的塑料都是易燃的，如PVC由于含有大量氯，故它的硬制品不加阻然劑也有較好的阻燃性。衡量塑料阻燃性大小的指標(biāo)，通常用氧指數(shù)(OI)值來(lái)表示。氧指數(shù)表示在氮?dú)夂脱鯕獾幕旌蠚饬髦小Ｒ跃S持燃燒某個(gè)時(shí)間或燃燒到規(guī)定位置所必須的最低氧氣含量的體積百分比數(shù)值。氧指數(shù)小于26的塑料都是易然的。
塑料燃燒煙霧對(duì)人體危客表現(xiàn)為三方面:一是大量煙霧阻斷新鮮空氣供給，造成窒息;二是濃煙擋住視線，使人迷失方向，找不到出口逃生;三是煙霧中有各種毒物甚至極毒物，如CO就是一切有機(jī)物在缺氧情況下燃燒產(chǎn)物。pvc、CPE等含鹵塑料燃燒產(chǎn)物中含有HCl等強(qiáng)腐蝕性氣體，而含N的有機(jī)物如PU、PA燃燒時(shí)有可能產(chǎn)生極毒物氫氰酸。
因此，世界各國(guó)都在發(fā)展和擴(kuò)大使用塑料的同時(shí)，從長(zhǎng)計(jì)議積極發(fā)展不燃、難燃、燃燒煙霧毒氣釋放量小的塑料品種，以策安全，使塑料可燃性的潛在戚脅降到最低。世界各國(guó)都致力于阻然材料開(kāi)發(fā)研究和推廣應(yīng)用，通過(guò)立法，建立標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定塑料的阻燃級(jí)別和標(biāo)準(zhǔn)，限制禁止非達(dá)標(biāo)產(chǎn)品上市和應(yīng)用。
塑料的阻燃方法
(1)合成自熄性塑料 在合成高聚物的分子中引人F, Cl, Br, P, N等元素，這些元素具有優(yōu)良的阻燃效果。例如聚乙烯是易燃的，其氧指數(shù)(OI)為17. 4,經(jīng)氯化制成氯化聚乙烯(CPE),其OI值為21.1;由氯和SO2作用而生成的氯磺化聚乙烯，其OI值為25.1。采用接枝和碘化可使阻燃性提高，同樣與阻燃性高的單體進(jìn)行共聚也能達(dá)到同樣效果。氯塑料、聚酰亞胺、聚苯醚、聚砜等都具有高耐熱性和阻燃的自熄材料。
(2)使用添加阻燃劑 阻燃劑是一些含有磷、鹵素的有機(jī)物或三氧化二銻等物質(zhì)，具有阻止或減緩燃燒作用。在塑料中摻和阻燃劑是一種簡(jiǎn)便，經(jīng)濟(jì)和富有實(shí)效的方法。添加阻燃劑是目前高聚物材料阻燃化的主要途徑。
阻燃劑的阻燃效應(yīng)
阻燃劑常常是一類能夠阻止塑料引燃或抑制火焰?zhèn)鞑サ?a href="http://ahjyjcgs.com/suliao/zhuji.html" target="_blank">助劑。因此必須具有如下一種或多種阻燃效應(yīng):
(1)吸熱效應(yīng) 阻燃劑受熱分解需吸收大量潛熱，使塑料的溫度上升發(fā)生困難，將低體系的溫度。如Al (OHl)3。它的分子中含有三個(gè)分子的化學(xué)締合水，含水量比例高達(dá)34%，其化學(xué)分于式也可寫成Al2O3·3H2O。這種締合水在大多數(shù)塑料的加工溫度下保持穩(wěn)定，但超過(guò)200℃時(shí)開(kāi)始分解，釋放出水蒸氣。而且每分解1mol氫氧化鋁，就吸收151kJ熱量這樣能有效降低塑料表面的溫度。
(2)覆蓋效應(yīng) 磷酸酯類阻燃劑燃燒時(shí)生成的磷化物即是隔氧涂層。磷酸阻燃劑受到高溫和氧化劑的作用時(shí)，首先變成磷酸，然后變成偏磷酸，最后聚合成穩(wěn)定的多聚磷酸，由于磷酸是強(qiáng)有力的脫水劑，能使含氧聚合物脫水，形成碳質(zhì)焦炭。由于聚合物表面結(jié)焦，限制了與O2的接觸。此外，還可產(chǎn)生聚偏磷酸，而在它的作用下又能生成玻璃狀焦炭層，這種焦炭層能在相當(dāng)高的溫度下保持穩(wěn)定。
(3)稀釋放應(yīng) 阻燃劑受熱分解產(chǎn)生大量的不燃性氣體，使可燃性氣體被稀釋而達(dá)不到可燃的濃度范圍，從而阻止塑料材料的發(fā)火燃燒。例如氫氧化鋁釋放出水蒸氣，起到滅火的作用，屬于無(wú)毒、無(wú)煙阻燃劑。采用微粒狀水合氧化鋁既有阻燃作用，又有填充作用。
(4)轉(zhuǎn)移效應(yīng) 轉(zhuǎn)移效應(yīng)的作用是改變塑料材料的熱分解模式，從而抑制可燃性氣體的產(chǎn)生。三氧化二銻在PVC中遇到因燃燒發(fā)出的HCl時(shí)就起反應(yīng)生成一種悶熄性氣體，即銻的氯氧化物，起到阻燃效應(yīng)。
(5)抑制效應(yīng)(捕捉自由基) 聚合物燃燒的快慢與燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的自由基的多少有關(guān)。阻燃劑的目的就是要捕捉活性極大的自由基HO·，從而達(dá)到阻燃目的。塑料在空氣中的燃燒是一種非常激烈的氧化反應(yīng)，屬鏈鎖反應(yīng)歷程。塑料熱解后放出H·及R·自由基， H·與氧氣生成活性極大的HO· ,能使火焰迅速擴(kuò)展。
含鹵的阻燃劑通常都可在較低的溫度下分解。產(chǎn)生鹵化氫(HCl或HBr)，而HCl和HBr都是不燃性氣體，起遮蓋表面層的作用。使材料的熱氧化分解難以進(jìn)行。而更重要的是，它們又極易捕捉塑料熱解產(chǎn)生的H·、HO·、O·等活性自由基，從而抑制了燃燒。
(6)協(xié)同效應(yīng) 磷與鹵素的合理配合產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。磷的阻燃作用主要是生成固相覆蓋層，而鹵素的作用則是由HCl或HBr形成氣相覆蓋層，并中斷活性自由基的鏈鎖反應(yīng)。磷一鹵的協(xié)同效應(yīng)是由于含磷或含鹵阻燃劑的熱解產(chǎn)物相互作用后。生成了同時(shí)含有磷和鹵素兩種阻燃要素的化合物。此外還生成鹵化磷(PCl3,PCl5、PBr3 , PBr5)和三鹵氧磷。它們?cè)诟邷叵露际遣蝗嫉臍怏w，密度大。覆蓋在塑料表面，切斷氧的供應(yīng)，并且還更易與活性自由基相結(jié)合。
銻與鹵盆的協(xié)同效應(yīng)，Sb2O3本身沒(méi)有阻燃作用，但與鹵素并用，作用相當(dāng)明顯。這是由于HCl或HBr同Sb2O3在高溫下反應(yīng)，在塑料表面形成保護(hù)層，阻止燃燒。同時(shí)生成的SbCl3進(jìn)入燃燒層和火焰層，又參與吸收H·和HO·活性自由基的過(guò)程。合理并用就可起到增強(qiáng)阻燃的效果，如Sb2O3與鹵素化合物并用就是一個(gè)具體例子。
