基本要素
膨脹型阻燃劑有三個基本要素。即酸源、炭源和氣源。酸源又稱脫水劑或炭化促進劑,一般是無機酸或燃燒中能原位生成酸的化合物,如磷酸、硼酸、硫酸和磷酸酯等;炭源也叫成炭劑,它是形成泡沫炭化層的基礎,主要是一些含碳量高的多羥基化合物,如澱粉、蔗糖、糊精、季戊四醇、乙二醇、酚醛樹脂等;氣源也叫發泡源,是含氮化合物,如尿素、三聚氰胺、聚醯胺等。三組分中,酸源最為主要,比例最大,且阻燃元素含於酸源中,所以酸源是真正意義上的阻燃劑,碳源和發泡劑則是協效劑。
阻燃機理
IFR的阻燃作用主要是依靠在材料表面形成多孔泡沫焦炭層,它是一個多相系統,含有固體和液體和氣態產物。炭層阻燃性質主要體現在:使熱難於穿透凝聚相,阻止氧氣進入燃燒區域,阻止降解生成的氣態或液態產物溢出材料表面。焦碳層形成過程為:在150℃左右,酸源產生能酯化多元醇和可作為脫水劑的酸;在稍高的溫度下,酸與碳源進行酯化反應,而體系中的胺基則作為酯化反應的催化劑,加速反應;體系在酯化反應前和酯化過程中熔融,反應過程中產生的不燃性氣體使已處於熔融狀態的體系膨脹發泡,與此同時,多元醇和酯脫水碳化,形成無機物及碳殘餘物,體系進一步發泡;反應接近完成時,體系膠化和固化,最後形成多孔泡沫炭層。
套用及發展方向
膨脹型阻燃劑套用於纖維和織物主要通過兩種方式,一是將阻燃劑配製成整理液,通過塗布等方式整理到織物表面,天然纖維大多採用此方法;二是將膨脹型阻燃劑作為一種共聚單體加入到聚合物中,大多用於合成纖維的阻燃。
合成一種具酸源、炭源和氣源三位一體的膨脹型阻燃劑是當今阻燃研究的一個熱點。此外,提高膨脹型阻燃劑的熱穩定性,滿足聚合物高溫加工的需要,也是膨脹型阻燃劑今後的發展方向。