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生活中,火災的克星——阻燃劑面面觀

文章出處: 人氣: 發表時間:2016-10-25 10:57:31

 
 
 
 
 

 

  人類從遠古一路走來,能夠使用火是一大進步,對人類擺脫蒙昧起著非常重要的作用。從此,火成為人類不可缺少的伙伴。然而,如同硬幣的兩面,火也有著不可控制的危害,火災所能造成的損失越來越嚴重。 
  當生靈在垂死掙扎時,當烈焰蔓延至全身時,當一個個生命化作灰燼時,你是否想過,除了悲傷流淚,我們還能做什么?再假設我們就是那個垂死掙扎、將要化作灰燼的人,我們又后悔當初沒做什么?是的,我們要做的就是預防,將這種不幸扼殺在搖籃里。想要防范于未然,就必須著手于源頭,必須找到火的克星——阻燃劑

 

 

可避免90%的星火成災
 

 

  阻燃材料是指與普通材料相比,在著火條件下具有難以點燃、點燃后易于熄滅或不易蔓延,具有低熱量釋放、低煙氣釋放量等阻燃性能的材料。那什么是阻燃劑?就是那些阻止易燃材料燃燒,使易燃材料具有阻燃性能特征的助劑。
  其實,阻燃劑早已在不知不覺間滲透到每一個人的生活。早在17世紀,阻燃的概念尚未有明晰定義,阻燃也尚未被稱之為一門學科時,人們就已經用黏土和石膏混合處理帆布,從而得到“不燃布”。雖然不知道當時的人們是如何想到用這種方式進行阻燃處理,但可以肯定的是,人類很早就有了對阻燃的需要。也正是基于人類的這一直觀需求,阻燃科學得以快速發展。
  需要注意的是,阻燃材料并不是不燃燒,而是難以燃燒。所以,我們可以明確,不要指望阻燃材料能夠絕對阻止火災的發生,阻燃材料只是能夠防止小型火焰蔓延發展成為火災,能夠延緩已經發生大型燃燒的火災蔓延,為消防贏得時間。從這個意義上講,阻燃材料不是萬能的,因為它不能絕對地防止火災的發生;但是沒有阻燃材料又是萬萬不能的,因為它避免了90%的星星之火發展成為大型火災,避免了無數的生命和財產損失。

 

阻燃需求逐年增長
 

 

  那如何阻止材料燃燒呢?最直接的方式當然是消除點火源了,這也是眾多公共場所或者易燃易爆場所禁止點火或吸煙的主要原因。我們知道,燃燒的一大必要條件是氧氣的支撐,因此,通過隔絕氧氣,材料也難以燃燒。另外,材料在燃燒過程中進行著劇烈的自由基反應,如果能夠終止自由基反應,那么火焰將迅速熄滅,所以很多阻燃劑都是采用了這種方式,將某些惰性自由基釋放到火焰中,迅速與其他活性自由基“抱團”形成穩定分子,從而終止鏈式反應。
  此外,可以通過燃燒生成吸熱組分,比如水,并“跑”出燃燒區域,也可以在固體表面形成一層固體隔熱層,阻隔熱量,從而終止燃燒過程。阻止燃燒,還可以通過釋放大量不燃性氣體來稀釋可燃性氣體,使之難以燃燒或降低燃燒的強度,也可以通過形成不燃的粘稠態物質形成泡沫層包裹可燃性氣體,使之釋放減緩。
  總之,以上幾個途徑都可以終止燃燒或者抑制燃燒,阻燃劑作用于材料形成阻燃材料,其原理通常會利用其中一個或幾個途徑同時作用,高效地發揮阻燃功能。
  阻燃劑發展至今已有數十年的歷史,其家族成員數量眾多。如果按阻燃劑和被阻燃基材的關系,阻燃劑家族可分為添加型和反應型兩大派系。前者走的是物理路線,只以物理方式分散于基材中,多用于熱塑性高聚物;后者崇尚的則是化學路線,或作為高聚物的單體,或作為輔助試劑參與合成高聚物的反應,最后成為高聚物的結構單元,多用于熱固性高聚物。
  如果按阻燃元素種類來分,阻燃劑家族成員又要重新站隊了:鹵系(主要是溴系阻燃劑)、有機磷系、氮系、氮-磷系、銻系、硼系及鋁-鎂系等阻燃劑,其中大多數的阻燃劑主要是針對高分子材料的阻燃需求來設計的。因此,隨著高分子材料在我們生活各個領域的廣泛應用,阻燃劑的消費量也愈來愈多。2008~2015年,我國阻燃劑消費量從24萬噸/年增長到88萬噸/年。2007~2015年,全球阻燃劑消費量市場更是以每年15%的增長率快速遞增。

多數“溴系”對人體無害
 

 

  而在如此多的阻燃劑成員中,有一位“老大”不得不提——溴系阻燃劑。溴系阻燃劑經歷了半個多世紀的考驗,其銷售額一直居于首位。為什么?因為它有其他類型阻燃劑不可匹敵的優勢:阻燃效率高,添加量少,對被阻燃基材的加工性能和理化性能影響較小;優良的熱穩定性和水不溶性;原料來源充足,制備工藝成熟,價格低廉等。
  正所謂樹大招風,溴系阻燃劑在1986年遭到了社會的質疑。一份瑞士科學家的研究報告指出,多溴二苯醚及以其阻燃的材料在燃燒裂解時生成有毒致癌的多溴代二苯并二惡烷及多溴代二苯并呋喃,即后來為人所擔憂和詬病的二噁英問題。此后一系列詳細的報告指出,五溴二苯醚、八溴二苯醚和十溴二苯醚在阻燃塑料燃燒過程中存在二噁英釋放問題。一石激起千層浪,此后的時間里,一些阻燃塑料的制造商及其產品的下游用戶,大都建議停止制造和使用多溴二苯醚阻燃劑,而以其他溴系阻燃劑或非溴系阻燃劑進行替代。甚至有人認為只有無鹵阻燃劑才是環保的,談“鹵”色變,無鹵有鹵之爭愈演愈烈。
  那么,所有的溴系阻燃劑都會對人體造成危害嗎?一般而言,由阻燃產品中釋放出溴系阻燃劑的可能性和逸出量通常是極小的,不會對消費者形成危害。至于反應型溴系阻燃劑,它們在產品中已不再是原有的化合物,要么生成了另外一些物質,要么已結合于被阻燃基材(高聚物)主鏈或側鏈中了,因而根本不會從產品中遷移至環境中。而且,現在還沒有溴系阻燃劑對人體和生物體產生有害影響的報道,更未發現由于人體暴露于含溴阻燃劑環境中而產生嚴重后果的事例。根據歐盟有關條例,絕大多數溴系阻燃劑不能被劃分為危害(或毒性)物質。
  此外,火災中致人死亡的有毒氣體主要是一氧化碳,空氣中存在的溴系阻燃劑的濃度低,根本不會對人體生命安全構成威脅。而且釋放出的溴系阻燃劑的量小,即使釋放到環境內,也不足以影響人類的健康,在一段時間后,通過環境的自凈化作用會被一點點遷移。
  那溴系阻燃劑會污染環境嗎?某些溴系阻燃劑滯留于環境中是完全可能的,但是,滯留于環境中并不意味它們一定會危害人類健康和環境,這要看滯留量及被滯留溴系阻燃劑的性質。另外,并不是所有的溴系阻燃劑都會在環境中滯留,多數溴系阻燃劑是可以在環境中降解的,只要控制好環境條件,便可加快溴系阻燃劑的降解。因此,適量的溴系阻燃劑,在環境自行處理范圍內,是不會對環境和生命體構成威脅的。

 

新型“溴系”已面世
 

 

  如前所述,既然不是所有的溴系阻燃劑都有害,哪些又是安全的呢?
  ●十溴二苯乙烷
  十溴二苯乙烷(DBPE)由美國雅保公司率先開發,其相對分子量、熱穩定性和溴含量與十溴二苯醚相當,但不屬于多溴二苯醚系統的阻燃劑,在燃燒過程中不產生多溴苯對位二噁英和多溴二苯呋喃,同時也符合德國有關二噁英的條令和美國環保局的規定。而且,十溴二苯乙烷的耐熱性、耐光性和不易滲析性等特點都優于十溴二苯醚。用其阻燃的塑料可以回收使用,這是眾多溴系阻燃劑所不具備的特點。目前,該產品已在多種工程塑料中應用,如耐沖性聚苯乙烯、聚對苯二甲酸丁二醇酯等,效果良好。我國十溴二苯乙烷的生產廠家主要有山東衛東化工有限公司、山東濰坊大成鹽化公司、江蘇雙菱化工集團有限公司等,合計生產能力約11000噸/年。
  ●溴化環氧樹脂
  溴化環氧樹脂由于具有優良的熔流速率、較高的阻燃效率、優異的熱穩定性和光穩定性,又能使被阻燃材料具有良好的物理機械性能、不起霜,從而被廣泛地應用于聚對苯二甲酸乙二醇酯、尼龍66等工程塑料、熱塑性塑料以及PC/ABS 塑料合金的阻燃處理中。近年來,我國溴化環氧樹脂發展迅速,尤其改善了含溴量低、相對分子質量小,只能用作絕緣灌封材料等缺點。目前,我國溴化環氧樹脂技術可根據阻燃處理高聚物的相對分子質量,生產與之相匹配的產品,以達到最佳阻燃效果和優良的阻燃性能。主要生產廠家有東營廣饒海豐鹽化有限公司、濟南泰星精細化工有限公司等,合計生產能力約為3500噸/年。
  ●溴化聚苯乙烯
  溴化聚苯乙烯(BPS)是一種溴系有機阻燃劑,具有高阻燃性、熱穩定性及光穩定性等良好的機械物理和化學性質,廣泛應用于聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚苯醚、尼龍66等工程塑料。主要生產廠有山東東營萬達集團股份有限公司、山東壽光市海洋化工有限公司、江蘇張家港市信誼化工有限公司等,合計生產能力約1000噸/年。
  ●鹵-磷阻燃劑
  這類阻燃劑的特征是:分子中同時兼有溴和磷,在阻燃性能方面彼此起協同增效作用;分子中的溴含量較低,燃燒過程伴隨較少的發煙量,有害性的氣體揮發物較少;一定程度的溴含量可改善一般磷酸酯類阻燃劑揮發性大、抗遷移性差和抗熱老化性欠佳的缺點。主要產品品種包括二溴辛戊二醇(DBNPG)、二溴辛戊二醇磷酸酯以及二溴辛戊二醇磷酸酯氰胺鹽類等。
  ●高分子型溴系阻燃劑
  高分子溴系阻燃劑具有如下特點:與高聚物具有良好相容性,不析出、不結霜;具有優異的光熱穩定性;不產生多溴代二苯并二惡烷及多溴代二苯并呋喃;可進行回收再使用;能達到阻燃標準UL94最高等級V-0級等。高效低毒的脂肪族及芳香族溴系阻燃劑、溴-磷協同和溴-氮協同阻燃劑、能與高聚物接枝和作為反應中間體的溴系阻燃劑、適用于工程塑料以及能滿足某些特殊需求(如耐高熱、抗紫外、難遷移)的高分子型溴系阻燃劑等是重點研發的阻燃劑之一。


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