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生活中,火灾的克星——阻燃剂面面观

文章出处: 人气: 发表时间:2016-10-25 10:57:31

 
 
 
 
 

 

  人类从远古一路走来,能够使用火是一大进步,对人类摆脱蒙昧起着非常重要的作用。从此,火成为人类不可缺少的伙伴。然而,如同硬币的两面,火也有着不可控制的危害,火灾所能造成的损失越来越严重。 
  当生灵在垂死挣扎时,当烈焰蔓延至全身时,当一个个生命化作灰烬时,你是否想过,除了悲伤流泪,我们还能做什么?再假设我们就是那个垂死挣扎、将要化作灰烬的人,我们又后悔当初没做什么?是的,我们要做的就是预防,将这种不幸扼杀在摇篮里。想要防范于未然,就必须着手于源头,必须找到火的克星——阻燃剂

 

 

可避免90%的星火成灾
 

 

  阻燃材料是指与普通材料相比,在着火条件下具有难以点燃、点燃后易于熄灭或不易蔓延,具有低热量释放、低烟气释放量等阻燃性能的材料。那什么是阻燃剂?就是那些阻止易燃材料燃烧,使易燃材料具有阻燃性能特征的助剂。
  其实,阻燃剂早已在不知不觉间渗透到每一个人的生活。早在17世纪,阻燃的概念尚未有明晰定义,阻燃也尚未被称之为一门学科时,人们就已经用黏土和石膏混合处理帆布,从而得到“不燃布”。虽然不知道当时的人们是如何想到用这种方式进行阻燃处理,但可以肯定的是,人类很早就有了对阻燃的需要。也正是基于人类的这一直观需求,阻燃科学得以快速发展。
  需要注意的是,阻燃材料并不是不燃烧,而是难以燃烧。所以,我们可以明确,不要指望阻燃材料能够绝对阻止火灾的发生,阻燃材料只是能够防止小型火焰蔓延发展成为火灾,能够延缓已经发生大型燃烧的火灾蔓延,为消防赢得时间。从这个意义上讲,阻燃材料不是万能的,因为它不能绝对地防止火灾的发生;但是没有阻燃材料又是万万不能的,因为它避免了90%的星星之火发展成为大型火灾,避免了无数的生命和财产损失。

 

阻燃需求逐年增长
 

 

  那如何阻止材料燃烧呢?最直接的方式当然是消除点火源了,这也是众多公共场所或者易燃易爆场所禁止点火或吸烟的主要原因。我们知道,燃烧的一大必要条件是氧气的支撑,因此,通过隔绝氧气,材料也难以燃烧。另外,材料在燃烧过程中进行着剧烈的自由基反应,如果能够终止自由基反应,那么火焰将迅速熄灭,所以很多阻燃剂都是采用了这种方式,将某些惰性自由基释放到火焰中,迅速与其他活性自由基“抱团”形成稳定分子,从而终止链式反应。
  此外,可以通过燃烧生成吸热组分,比如水,并“跑”出燃烧区域,也可以在固体表面形成一层固体隔热层,阻隔热量,从而终止燃烧过程。阻止燃烧,还可以通过释放大量不燃性气体来稀释可燃性气体,使之难以燃烧或降低燃烧的强度,也可以通过形成不燃的粘稠态物质形成泡沫层包裹可燃性气体,使之释放减缓。
  总之,以上几个途径都可以终止燃烧或者抑制燃烧,阻燃剂作用于材料形成阻燃材料,其原理通常会利用其中一个或几个途径同时作用,高效地发挥阻燃功能。
  阻燃剂发展至今已有数十年的历史,其家族成员数量众多。如果按阻燃剂和被阻燃基材的关系,阻燃剂家族可分为添加型和反应型两大派系。前者走的是物理路线,只以物理方式分散于基材中,多用于热塑性高聚物;后者崇尚的则是化学路线,或作为高聚物的单体,或作为辅助试剂参与合成高聚物的反应,最后成为高聚物的结构单元,多用于热固性高聚物。
  如果按阻燃元素种类来分,阻燃剂家族成员又要重新站队了:卤系(主要是溴系阻燃剂)、有机磷系、氮系、氮-磷系、锑系、硼系及铝-镁系等阻燃剂,其中大多数的阻燃剂主要是针对高分子材料的阻燃需求来设计的。因此,随着高分子材料在我们生活各个领域的广泛应用,阻燃剂的消费量也愈来愈多。2008~2015年,我国阻燃剂消费量从24万吨/年增长到88万吨/年。2007~2015年,全球阻燃剂消费量市场更是以每年15%的增长率快速递增。

多数“溴系”对人体无害
 

 

  而在如此多的阻燃剂成员中,有一位“老大”不得不提——溴系阻燃剂。溴系阻燃剂经历了半个多世纪的考验,其销售额一直居于首位。为什么?因为它有其他类型阻燃剂不可匹敌的优势:阻燃效率高,添加量少,对被阻燃基材的加工性能和理化性能影响较小;优良的热稳定性和水不溶性;原料来源充足,制备工艺成熟,价格低廉等。
  正所谓树大招风,溴系阻燃剂在1986年遭到了社会的质疑。一份瑞士科学家的研究报告指出,多溴二苯醚及以其阻燃的材料在燃烧裂解时生成有毒致癌的多溴代二苯并二恶烷及多溴代二苯并呋喃,即后来为人所担忧和诟病的二噁英问题。此后一系列详细的报告指出,五溴二苯醚、八溴二苯醚和十溴二苯醚在阻燃塑料燃烧过程中存在二噁英释放问题。一石激起千层浪,此后的时间里,一些阻燃塑料的制造商及其产品的下游用户,大都建议停止制造和使用多溴二苯醚阻燃剂,而以其他溴系阻燃剂或非溴系阻燃剂进行替代。甚至有人认为只有无卤阻燃剂才是环保的,谈“卤”色变,无卤有卤之争愈演愈烈。
  那么,所有的溴系阻燃剂都会对人体造成危害吗?一般而言,由阻燃产品中释放出溴系阻燃剂的可能性和逸出量通常是极小的,不会对消费者形成危害。至于反应型溴系阻燃剂,它们在产品中已不再是原有的化合物,要么生成了另外一些物质,要么已结合于被阻燃基材(高聚物)主链或侧链中了,因而根本不会从产品中迁移至环境中。而且,现在还没有溴系阻燃剂对人体和生物体产生有害影响的报道,更未发现由于人体暴露于含溴阻燃剂环境中而产生严重后果的事例。根据欧盟有关条例,绝大多数溴系阻燃剂不能被划分为危害(或毒性)物质。
  此外,火灾中致人死亡的有毒气体主要是一氧化碳,空气中存在的溴系阻燃剂的浓度低,根本不会对人体生命安全构成威胁。而且释放出的溴系阻燃剂的量小,即使释放到环境内,也不足以影响人类的健康,在一段时间后,通过环境的自净化作用会被一点点迁移。
  那溴系阻燃剂会污染环境吗?某些溴系阻燃剂滞留于环境中是完全可能的,但是,滞留于环境中并不意味它们一定会危害人类健康和环境,这要看滞留量及被滞留溴系阻燃剂的性质。另外,并不是所有的溴系阻燃剂都会在环境中滞留,多数溴系阻燃剂是可以在环境中降解的,只要控制好环境条件,便可加快溴系阻燃剂的降解。因此,适量的溴系阻燃剂,在环境自行处理范围内,是不会对环境和生命体构成威胁的。

 

新型“溴系”已面世
 

 

  如前所述,既然不是所有的溴系阻燃剂都有害,哪些又是安全的呢?
  ●十溴二苯乙烷
  十溴二苯乙烷(DBPE)由美国雅保公司率先开发,其相对分子量、热稳定性和溴含量与十溴二苯醚相当,但不属于多溴二苯醚系统的阻燃剂,在燃烧过程中不产生多溴苯对位二噁英和多溴二苯呋喃,同时也符合德国有关二噁英的条令和美国环保局的规定。而且,十溴二苯乙烷的耐热性、耐光性和不易渗析性等特点都优于十溴二苯醚。用其阻燃的塑料可以回收使用,这是众多溴系阻燃剂所不具备的特点。目前,该产品已在多种工程塑料中应用,如耐冲性聚苯乙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等,效果良好。我国十溴二苯乙烷的生产厂家主要有山东卫东化工有限公司、山东潍坊大成盐化公司、江苏双菱化工集团有限公司等,合计生产能力约11000吨/年。
  ●溴化环氧树脂
  溴化环氧树脂由于具有优良的熔流速率、较高的阻燃效率、优异的热稳定性和光稳定性,又能使被阻燃材料具有良好的物理机械性能、不起霜,从而被广泛地应用于聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙66等工程塑料、热塑性塑料以及PC/ABS 塑料合金的阻燃处理中。近年来,我国溴化环氧树脂发展迅速,尤其改善了含溴量低、相对分子质量小,只能用作绝缘灌封材料等缺点。目前,我国溴化环氧树脂技术可根据阻燃处理高聚物的相对分子质量,生产与之相匹配的产品,以达到最佳阻燃效果和优良的阻燃性能。主要生产厂家有东营广饶海丰盐化有限公司、济南泰星精细化工有限公司等,合计生产能力约为3500吨/年。
  ●溴化聚苯乙烯
  溴化聚苯乙烯(BPS)是一种溴系有机阻燃剂,具有高阻燃性、热稳定性及光稳定性等良好的机械物理和化学性质,广泛应用于聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯醚、尼龙66等工程塑料。主要生产厂有山东东营万达集团股份有限公司、山东寿光市海洋化工有限公司、江苏张家港市信谊化工有限公司等,合计生产能力约1000吨/年。
  ●卤-磷阻燃剂
  这类阻燃剂的特征是:分子中同时兼有溴和磷,在阻燃性能方面彼此起协同增效作用;分子中的溴含量较低,燃烧过程伴随较少的发烟量,有害性的气体挥发物较少;一定程度的溴含量可改善一般磷酸酯类阻燃剂挥发性大、抗迁移性差和抗热老化性欠佳的缺点。主要产品品种包括二溴辛戊二醇(DBNPG)、二溴辛戊二醇磷酸酯以及二溴辛戊二醇磷酸酯氰胺盐类等。
  ●高分子型溴系阻燃剂
  高分子溴系阻燃剂具有如下特点:与高聚物具有良好相容性,不析出、不结霜;具有优异的光热稳定性;不产生多溴代二苯并二恶烷及多溴代二苯并呋喃;可进行回收再使用;能达到阻燃标准UL94最高等级V-0级等。高效低毒的脂肪族及芳香族溴系阻燃剂、溴-磷协同和溴-氮协同阻燃剂、能与高聚物接枝和作为反应中间体的溴系阻燃剂、适用于工程塑料以及能满足某些特殊需求(如耐高热、抗紫外、难迁移)的高分子型溴系阻燃剂等是重点研发的阻燃剂之一。


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