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阻燃劑的科學(xué)認識與環(huán)保
發(fā)表時間： 2021-10-22 15:53:40
作者： admin
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隨著高分子材料及電子消費產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，火災(zāi)的發(fā)生率也在上升，其帶來的危害更是令人觸目驚心。高分子材料的阻燃性能變得越來越重要，阻燃劑在其中發(fā)揮著不可或缺的重要作用，未來阻燃劑的發(fā)展方向?qū)⑹?**、綠色和環(huán)保。2017年6月14日英國倫敦的格蘭菲爾塔公寓發(fā)生火災(zāi)，79人遇難#01阻燃劑如何發(fā)揮作用阻燃劑是用于提高分子材料抗燃性，通過提高分子材料著火點，或者降低材料燃燒速度，從而增加救援時間，挽救生
隨著高分子材料及電子消費產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，火災(zāi)的發(fā)生率也在上升，其帶來的危害更是令人觸目驚心。高分子材料的阻燃性能變得越來越重要，阻燃劑在其中發(fā)揮著不可或缺的重要作用，未來阻燃劑的發(fā)展方向?qū)⑹?**、綠色和環(huán)保。
2017年6月14日英國倫敦的格蘭菲爾塔公寓發(fā)生火災(zāi)，79人遇難
#01阻燃劑如何發(fā)揮作用
阻燃劑是用于提高分子材料抗燃性，通過提高分子材料著火點，或者降低材料燃燒速度，從而增加救援時間，挽救生命，減少損失。
按結(jié)構(gòu)分，阻燃劑可分為大分子聚合型和小分子類阻燃劑；按照使用方法，可分為添加型阻燃劑和反應(yīng)型阻燃劑；按照材料內(nèi)是否含有鹵素，可分為鹵素阻燃劑和無鹵阻燃劑。而添加型阻燃劑多用于熱塑性高分子材料，與材料中其他組分不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只以物理方式存在于高分子材料中。而反應(yīng)型阻燃劑則多用于熱固性高分子材料，參與合成高分子材料的化學(xué)反應(yīng)，成為高分子材料的結(jié)構(gòu)單元。
高分子材料遇到明火點燃后，會發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)，釋放大量的羥基。由于羥基非常活潑，易與其他物質(zhì)結(jié)合，結(jié)合后生成水和其他的有機物。其他的有機物和氧氣進一步結(jié)合發(fā)生分解反應(yīng)，形成新的有機物。在這一系列循環(huán)反應(yīng)中，燃燒一直持續(xù)。
在這一過程中，阻燃劑又是如何發(fā)揮作用的?根據(jù)燃燒的三大要素——可燃物、助燃物和火源，阻燃劑的阻燃原理可概括為：
1.通過吸收熱量達到阻燃，例如無機阻燃劑氫氧化鋁高溫分解，放出結(jié)晶水，結(jié)晶水蒸發(fā)為水蒸氣。此過程會吸收大量的熱，降低材料表面的溫度，進行阻燃。
2.通過產(chǎn)生不燃氣體稀釋氧氣，減緩燃燒速度，如氫氧化鋁阻燃劑，產(chǎn)生的水蒸氣能降低材料周圍氧氣的濃度，抑制火勢的蔓延。
3.在材料表面形成密實的覆蓋層，隔絕材料與氧氣的接觸，例如磷系阻燃劑，在高溫條件下會變成結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定的交聯(lián)狀固體物質(zhì)或碳化層包裹住材料，阻止繼續(xù)燃燒。
4.捕捉參與燃燒反應(yīng)的自由基，抑制自由基鏈式反應(yīng)，例如溴阻燃劑，高溫條件下，高分子材料受熱分解時，溴阻燃劑與熱分解產(chǎn)物同時進入到氣相燃燒區(qū)，捕捉氣相燃燒區(qū)中的自由基，抑制自由基鏈式反應(yīng)，從而阻止火焰?zhèn)鞑ァ?/p>
添加阻燃劑(左)與未添加阻燃劑(右)電源開關(guān)的燃燒對比試驗
#02阻燃劑有哪些種類
按照大類分，阻燃劑可分為鹵化阻燃劑和無鹵阻燃劑。字面上看，二者***的區(qū)別是前者含有鹵素，而后者不含鹵素。然而，無鹵并非***的不含鹵素，而是根據(jù)其含量的多少來定義的。無鹵的定義是溴氯小于900ppm，溴氯總含量小于1500ppm。鹵化阻燃劑主要指溴化阻燃劑和氯化阻燃劑，其中，溴化阻燃劑是目前使用***多、應(yīng)用***廣的阻燃劑。
在日常生活、交通運輸領(lǐng)域，幾乎大多數(shù)阻燃材料都含鹵素，鹵化阻燃劑具有添加量少，阻燃效果顯著、價格低廉的特點。在添加阻燃劑中，鹵素元素與高分子材料具有良好的相容性，對材料本身的物化性質(zhì)不會造成影響。
但與此同時，我們也不能忽略個別溴化阻燃劑，如六溴環(huán)十二烷，在燃燒過程中會釋放大量的煙以及毒性氣體，給滅火、逃離和恢復(fù)工作帶來困難。
在鹵化阻燃劑面臨諸多爭議時，我們需了解下列事實：
①溴系阻燃劑在全球范圍仍廣泛使用，且歐盟和許多***授權(quán)清單和候選清單上只有包含六溴環(huán)十二烷在內(nèi)的2-3種鹵化阻燃劑，而目前的溴化阻燃劑多達70多種;
②絕大多數(shù)溴系阻燃劑經(jīng)過嚴格評估證明對人體及環(huán)境無害，且有一些溴化阻燃劑如四溴雙酚A的毒性比食鹽還低;
③在正確操作條件下，溴系阻燃劑的使用和回收利用過程不會對外界產(chǎn)生新的危害氣體，且可回收性優(yōu)于其他阻燃體系;
④溴系阻燃劑具有廣泛適用性，幾乎適用于所有需要阻燃的材料，從未停止過對溴系阻燃劑的研究和應(yīng)用。
無鹵阻燃劑包括磷系阻燃劑、膨脹阻燃劑、無機阻燃劑、含硅阻燃劑和生物基阻燃劑。無鹵阻燃劑大多含有磷元素和氮元素，主要分為：
磷系阻燃劑
磷系阻燃劑分無機磷系阻燃劑和有機磷系阻燃劑，對磷系阻燃劑改性和復(fù)配阻燃是其工作的重點。磷系阻燃劑主要在火災(zāi)初期材料分解階段起作用，形成保護膜，隔絕外界的熱和空氣。
膨脹阻燃劑
膨脹型阻燃劑能有效保護長時間暴露在火焰中的材料。
無機阻燃劑
無機阻燃劑具有良好的熱穩(wěn)定性、阻燃、不揮發(fā)、不產(chǎn)生腐蝕性氣體、發(fā)煙量小等特點，是低鹵無鹵阻燃體系的主要原料。
含硅阻燃劑
含硅阻燃劑中，Si–O–Si結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且在燃燒時具有低毒性、防滴落、促進成炭及抑煙性的特點。
生物基阻燃劑
生物基阻燃劑雖然只處于研究的初級階段，但基于其價格低廉、無毒、資源廣的優(yōu)勢，逐漸成為人們關(guān)注和研究的熱點。
無鹵阻燃劑種類多，但其面臨一個共同的問題——難以達到良好的阻燃效果，且對材料的力學(xué)以及加工性能有影響。所以，鹵化阻燃劑和無鹵阻燃劑各有其優(yōu)缺點，人們在選用阻燃劑時，應(yīng)***考慮被阻燃基材的結(jié)構(gòu)、使用環(huán)境以及回收利用等方面。
#03科學(xué)認識阻燃劑的環(huán)保性
近幾年，無鹵阻燃劑越來越受到熱捧。很長一段時間甚至現(xiàn)在，“鹵素阻燃劑是有毒有害的，無鹵阻燃劑是環(huán)保的，是未來阻燃劑的發(fā)展方向”的錯誤觀點深入人心。阻燃劑“無鹵化=環(huán)保”的觀點靡然成風(fēng)。
探其淵藪，其一，個別阻燃劑出現(xiàn)不良影響后，人們以偏概全，把這種不良影響擴大至整個鹵化阻燃劑；其二，對個別研究成果曲解和斷章取義；其三，由于檢測化合物結(jié)構(gòu)的難度超過檢測元素的難度，人們?yōu)榱吮憬葜粰z測化合物是否含鹵素來評判；其四，被一些以營利為目的的個人、企業(yè)和研究所利用，宣揚鹵素有害無鹵就是環(huán)保，強迫下游廠家放棄使用所有含鹵阻燃劑，以此進行藍海營銷等。事實上，按照國際通用的化學(xué)品分類和標簽制度，在所有70多種商品化溴系阻燃劑中，只有TBBA(四溴雙酚A)和HBCD(六溴環(huán)十二烷)兩種產(chǎn)品被明確定義為有毒有害。而一些無鹵阻燃劑如絕大多數(shù)磷酸酯和部分磷酸鹽、次磷酸鹽本身帶有環(huán)境有害物質(zhì)標簽。因此，以含有某種化學(xué)元素來判斷是否環(huán)境友好是沒有任何科學(xué)依據(jù)的!
沒有任何法規(guī)對整個鹵素家族提出限制，或者豁免、支持無鹵。片面強調(diào)無鹵化只會給社會帶來諸多危害：一是它使得概念混淆，誤導(dǎo)了社會公眾；二是破壞以科學(xué)為基礎(chǔ)的化學(xué)品評估和管理體系，誤導(dǎo)監(jiān)管部門采取片面的政策措施；三是強迫廠商采用不成熟的無鹵替代產(chǎn)品，或者降低阻燃水平，從而放大火災(zāi)風(fēng)險，威脅生命和財產(chǎn)安全；四是增加不必要的檢驗和檢測，增加廠家成本，并***終增加消費者的負擔(dān)；五是打破原有的助劑供應(yīng)市場格局，使得助劑供應(yīng)商數(shù)量減少，供應(yīng)集中，增大壟斷的風(fēng)險；六是拉大國內(nèi)電子產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)和國際***制造商之間的差距，削弱了國產(chǎn)品牌的競爭力。
阻燃劑行業(yè)應(yīng)該百花齊放，不同阻燃劑有不同適用領(lǐng)域，應(yīng)該在符合監(jiān)管法規(guī)的框架下由市場去選擇，而不是只因個別問題就片面倡導(dǎo)強調(diào)無鹵化。
誠然，追求環(huán)保是阻燃劑得以可持續(xù)發(fā)展的必要條件，但是也不能過于偏激，必須得先搞清楚環(huán)保的本質(zhì)。環(huán)保即環(huán)境友好，阻燃劑作為一種化學(xué)品，達到環(huán)境友好需要滿足3個條件。***，從化學(xué)結(jié)構(gòu)本身上看，它應(yīng)該達到兩種屬性：環(huán)境非PBT和人體無毒無害。具體來說，環(huán)境非PBT指的是化學(xué)品在持久性污染、生物累積性、遷移性和生態(tài)毒性方面影響小，并且對人體無毒、對人體健康無影響。第二，整個生命周期內(nèi)對環(huán)境的影響小，主要表現(xiàn)在從產(chǎn)品的生產(chǎn)、制造、運輸、使用到廢棄的整個過程中碳足跡低、環(huán)境釋放小、綜合能耗低，并且要對過程中的廢棄物進行合適的處理，***可以回收利用。第三，產(chǎn)品具備必要的物理化學(xué)性能，能夠達到使用性能，物盡其用，且滿足相關(guān)法規(guī)的監(jiān)管要求。當(dāng)阻燃劑滿足這3個條件時，它才符合綠色化學(xué)原則，才能找到未來的環(huán)境友好發(fā)展方向。
眾所周知，就產(chǎn)品本身而言，化學(xué)品只有進入生物體才能產(chǎn)生相應(yīng)的危害。而高分子化合物，由于分子體積太大很難穿透生物細胞膜而參與體循環(huán)及新陳代謝，因而不太會產(chǎn)生生物累積性。所以大分子聚合型阻燃劑是綠色發(fā)展方向之一。從傳統(tǒng)的高分子溴系阻燃劑、高分子磷系阻燃劑等，再到如今新型的有機硅系阻燃劑、聚合型氮-磷系阻燃劑等，都是對阻燃劑環(huán)境友好方向的探索與追求。
綜上所述，對于阻燃劑的認識，我們必須抱著科學(xué)、理性的態(tài)度，切不可道聽途說。隨著人們環(huán)保意識的增強，減少對人們身體健康危害已經(jīng)越來越引起人們的重視，阻燃劑向環(huán)保友好方向發(fā)展勢必是未來的趨勢。
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