三聚氰胺衍生物传统阻燃剂的替代品2空压机

三聚氰胺衍生物—传统阻燃剂的替代品

三聚氰胺系阻燃剂已成功用在各种聚合物体系，其中一些产品的机械性能和其它性能同含卤及无卤阻燃剂想类似。 尽管聚合物商品由于高的含碳量而易燃，但通常我们用的许多物品都是由聚合物制成的。大多数情况下，这些材料可燃性的危险性看起来很小，除非它们在一个密闭的空间使用或者与易燃物相当接近中国机械网okmao.com。所以在这种情况下，聚合物的可燃性必须符合政府部门的要求而且必须通过一定范围的标准测试。 含阻燃剂的高聚物材料可用在建筑、运输、采矿及电子行业，还有许多具体的运用由于太多而不能一一列举出来。我们可以从一些数据中看出阻燃剂的广泛应用：1998年阻燃剂用量达1，100，000吨，销售额为23亿美元。 阻燃剂的主要类型有卤素/锑、有机磷、金属氢氧化物（Al，Mg）这三种，而硼系产品作为消烟剂可单独使用或同其它阻燃剂并用。20世纪90年代另一种类型氮系被发现，它们是三聚氰胺及其与磷的化合物。 三聚氰胺 1834年发明了三聚氰胺，但直到20世纪30年代人们才了解它的化学性能，它可以从由二氧化碳和氨气制得的尿素中得到，在没有杂质时相当稳定。甲醛三聚氰胺一般用作家具的叠层，三聚氰胺也可用于模压制品、水处理、黏结涂层、皮革、造纸以及医药等行业。 大多数情况下，三聚氰胺被用作其它化合物的中间体，它是一种白色粉末，表面结晶，熔点为354℃，密度为1.573g/cm3，它分解时需吸收大量的热量（470kcal/mol），所以在着火现场可作为一种高效阻燃剂。另外三聚氰胺在水及大多数溶剂中的溶解度相当低，紫外吸收波长为250nm，PH值为8.1，在一定压力下，三聚氰胺在超过610℃时裂解生成氰化氨。三聚氰胺在聚氨酯泡沫中不仅作阻燃剂还起到发泡剂的作用。 三聚氰胺系阻燃剂 三聚氰胺的大部分反应活性体现在氨基上，它的活性介于通常氨基和酰胺基之间。由于PH值为8.1，三聚氰胺是一种弱碱，能同大部分的有机或无机酸反应形成稳定的盐，如硼酸、磷酸、正磷酸、聚磷酸、三聚氰酸以及硫酸等，这些盐中有些具有商业价值有些则可以作阻燃剂。 三聚氰胺氰尿酸和三聚氰胺磷酸酯由于用作阻燃剂而被我们熟知，前者多年用于多种聚合物体系如热塑性PU、未增强PA、环氧树脂及聚酯等，后者与其它有机磷化合物协同用在聚烯烃和PU中，近来可以用在增强PA、环氧树脂、聚酯及热塑性PU中。 燃烧反应机理 几十年来，科学家们致力于阐明在燃烧情况下聚合物的分解机理。一些特殊化学类型的反应机理正成为科研人员们争论的课题，阻燃的基本机理很好理解。当材料着火时，能量以燃烧的形式传递给材料而使其温度上升，当达到分解温度时，碳氢化合物分解成H+和CO。 这些分解的气体同周围空气中的氧气混合从而更加促进燃烧的进行。初始分解反应是吸热的，而接下来的分解气体同氧气的反应本质上是放热的，在足够氧气的存在下，促使火焰蔓延。阻燃剂能够以多种方式阻止或抑制燃烧进程。比如在加热阶段，通过吸热或者在燃烧阶段或火焰蔓延阶段通过覆盖材料或在材料表面焦化来达到阻燃的目的。 添加剂也可以在气相里进行干扰，就是产生惰性气体使氧气同易燃品隔开或捕获分解自由基。一种优秀的阻燃剂应该能够在燃烧进程的所有阶段有所作用，及时有效地将火焰熄灭，但很少有阻燃剂能做到这一点，大部分只能以一种以上上面所提到的方式来发挥阻燃作用。 金属氢氧化物通过冷却可燃物和稀释作用来达到阻燃效果，加热过程中氢氧化物中水分的释放降低了聚合物的温度从而避免材料的分解，它还能充当稀释剂主要是一种惰性物质来替代可燃物，这个过程减少了燃烧气体量，使之不超过混合气体的燃烧极限。 磷系阻燃剂以两种方式来阻燃，它们以一种固相或气相的保护层覆盖在聚合物上，通过冷却凝结相和防止引燃所需氧气的进入，或者它们在材料表面形成一层焦化层来防止氧气的进入。 卤素阻燃剂一般通过在气相干扰自由基链的降解来阻燃的，在燃烧的初始阶段同聚合物在一起的阻燃剂分解产生卤素自由基，这些自由基可与高能的H+，OH-反应，从而消除了聚合物分解进程中自由基扩张的阶段。有关其它阻燃剂的反应机理更详细的分析在文献中可以找到。 另一种阻燃机理涉及到将燃烧物从火源移开，如果阻燃剂能使聚合物分解使之滴漏从而离开火源，就可以到达目的。还有一种阻燃机理涉及到形成一层膨胀层或焦化层覆盖在可燃物表面从而断绝氧气的供给。三聚氰胺系阻燃剂能综合各种不同类型的阻燃机理。 三聚氰胺系阻燃剂的阻燃机理 三聚氰胺 在燃烧情况下，三聚氰胺汽化稀释了靠近火源的可燃性气体和氧气。三聚氰胺单独作阻燃剂效果不太好，它经常同其它阻燃剂混合使用，通过凝结相或气相反应形成焦化或自由基捕获剂来达到阻燃效果。 三聚氰胺氰尿酸 三聚氰胺氰尿酸是三聚氰胺同三聚氰酸生成的盐，在320℃吸热分解生成三聚氰胺和三聚氰酸，起到吸收热量的作用。汽化的三聚氰胺作为一种惰性气体在燃烧点稀释了氧气和可燃性气体，三聚氰酸则通过分解聚合物使之迅速离开火源。这就涉及到三种阻燃机理。 三聚氰胺磷酸酯 三聚氰胺磷酸酯是三聚氰胺同磷酸生成的盐，在350℃吸热分解，起到了吸收热量及冷却热源的作用分解生成的磷酸作为涂层隔开了凝结燃烧层。磷酸也同聚合物一起形成焦化层从而减少了氧气的供给，汽化的三聚氰胺亦协作减少火源附近氧气的供给。 三聚氰胺系阻燃剂经常利用数种阻燃机理来达到阻燃的目的。这在众多的阻燃剂中是一个得天独厚的优势。因为采用了数种阻燃机理，包括凝结相反应和膨胀机理，从而使参与燃烧的气体量比其它体系的要少，比如卤素/锑阻燃剂。另外，三聚氰胺系阻燃剂在所有类型的阻燃剂中表现出相当好的消烟性能（图3）。 三聚氰胺系阻燃剂低毒性烟气的散发对其腐蚀性能有很大的作用。测试结果显示，M200表现出很好的低腐蚀性，它在熔融状态时对钢铁的腐蚀性只有溴/锑类的14%，如图4所示，模仿注射挤出机内钢筒所受的腐蚀情况，腐蚀性测试表明三聚氰胺系阻燃剂的腐蚀性只有卤素/锑类的一半（图4，5）。 由于在TPU和未增强PA中，三聚氰胺氰尿酸的用量少，所以产品的比重比用卤素/锑类的低，而且产品的机械性能等同于甚至好于添加传统的阻燃剂。 结论 最终使用要求促使了阻燃高聚物的使用，由于良好的性能无卤阻燃剂正经历着在市场上更快的增长，而由于人们发现三聚氰胺系阻燃剂的价值（包括低毒性烟气的散发量，对金属的低腐蚀性，对所接触金属或电子应用方面电线的低腐蚀作用）它的发展最快。同卤素/锑类体系相比，这类阻燃剂对产品机械电性能没有丝毫损害（表3）。而拥有这些优秀性能的原因是三聚氰胺系阻燃剂的阻燃机理综合了多种阻燃方法，包括吸热分解固相和气相反应。 低腐蚀性意味着注塑挤出机寿命的延长，最小量的低毒性气体的释放意味着能拯救更多的生命和减少对昂贵物品的损害坏当回收利用成为人们优先考虑的因素时，更安全更环保的氮系阻燃剂为聚合物的再次使用提供了一种好的方法，否则这些材料将不能使用或由于代价太昂贵而不能回收。（

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