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无机硼系防火阻燃剂

硼系阻燃剂也是使用较早的阻燃剂之一,在无机阻燃剂中占有重要地位。它们具有毒性低、热稳定性好、价格低廉的特点。当与其他阻燃剂复配时不仅表现出良好的阻燃效果,而且还可以明显减少被阻燃高聚物燃烧时的生烟量,因而得到了广泛的应用。
硼系阻燃剂中使用最早的是硼砂和硼酸。它们广泛应用于木材、纸张、棉织物等纤维素类物质的阻燃。硼酸是很好的抗阴燃剂,硼砂是很好的阻燃剂,两者混合使用时兼其气相和凝聚相阻燃机理,至今仍在一些织物处理上得到应用。但硼酸及碱金属的翻酸盐可溶于水,因而不能用于高聚物材料的阻燃。
目前使用最广泛的硼系阻燃剂主要是硼酸锌。它同时具有阻燃、抑烟、成炭、抑制阴燃和防止熔滴等多种功能,也常作为抑烟剂使用。硼酸锌作为阻燃剂使用时还常用以部分替代三氧化二锑,以作为卤系阻燃剂的协效剂。例如在某些含脂环族卤系阻燃剂的体系中,用硼酸锌替代50%的三氧化二锑时,材料的阻燃性能可基本保持不变,但其生烟量将大大减少。以下将主要论述硼酸锌的性能及其应用情况。
阻燃机理
一般认为,硼酸锌作为阻燃剂使用时可同时在气相和凝聚相发生阻燃作用。这是因为硼酸锌与卤系阻燃剂RX混合使用时,受热时将会发生下列反应:
无机硼系防火阻燃剂
一方面,反应生成的ZnX2 , BX3具有捕捉气相中的HO•、H•等自由基的功能,使活性自由基的数量减少,燃烧链式反应难以进行,增加高聚物的成炭量,促进固相形成坚硬致密的炭化层。另一方面,硼酸锌在高温的作用下会发生熔化作用,形成的熔融物覆盖在高聚物表面,可以隔绝热量和氧气;高温反应形成的硼酸也可以覆盖在高聚物表面,形成玻璃态的包覆层以隔绝空气和热量。另外,在受热分解的过程中,硼酸锌还将释放出大量的结晶水,有效地降低燃烧体系的温度,并起到稀释氧气的作用,从而抑制燃烧的继续进行。