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摘要：介紹了阻燃劑的分類及其阻燃機(jī)理，各種阻燃劑之間的相互作用及阻燃劑與聚合物的混溶特性、阻燃劑的表面改性方法和作用；同時(shí)介紹了適用于改性瀝青防水卷材的阻燃劑類別及注意事項(xiàng)。
關(guān)鍵詞：阻燃劑；協(xié)同作用；對(duì)抗作用；阻燃機(jī)理；瀝青基；防水卷材
前言
防水卷材是一種可卷曲的片狀防水材料，廣泛應(yīng)用于建筑墻體、屋面、隧道、公路及垃圾填埋場(chǎng)等。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年度防水卷材在防水材料中占據(jù)著69.57%的市場(chǎng)份額（其中SBS/APP改性瀝青防水卷材占比37.09%、合成高分子防水卷材9.92%、自粘防水卷材22.56%），防水涂料占比約25%，其它新型防水材料占比約為4.04%，玻纖胎瀝青瓦等其它防水材料占比約0.45%。不難看出熱熔型瀝青基防水卷材（SBS/APP改性瀝青防水卷材）仍然是防水材料中的主流產(chǎn)品，占據(jù)著防水材料1/3以上的市場(chǎng)。
但是由于熱熔型防水卷材施工時(shí)需要噴燈加熱施工，而瀝青防水卷材材料中含有大量瀝青等可燃物，當(dāng)卷材在受到焊渣、爆竹等轟擊或者長(zhǎng)時(shí)間明火烘烤后引發(fā)燃燒，燃燒時(shí)還會(huì)出現(xiàn)熔融、滴落等現(xiàn)象，同時(shí)由于瀝青的燃燒釋放出的一些易燃?xì)怏w使火災(zāi)趨勢(shì)擴(kuò)大，極有可能造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)的損失。
由于熱熔法施工防水材料導(dǎo)致的火災(zāi)屢見(jiàn)不鮮，如2008年11月11日濟(jì)南奧體中心火災(zāi)因防水材料被引燃，燒毀復(fù)合屋面3150平方米，直接經(jīng)濟(jì)損失75萬(wàn)元，同年11月11日，濟(jì)南奧體中心體育館屋頂東南側(cè)發(fā)生火災(zāi)，過(guò)火面積1284平方米；2010年10月24日吉林某中學(xué)做防水用噴燈引發(fā)火災(zāi) ；2013年4月19日上海奉賢區(qū)億星商務(wù)大廈工地；2013年7月3日北京屋漏做防水火燒連營(yíng)；2013年5月16日邢臺(tái)一飯店起火因防水施工操作不當(dāng)；2014年9月25日長(zhǎng)春同心花園樓頂防水引火災(zāi)；2015年5月13日紹興一印染廠屋面補(bǔ)漏引火災(zāi)；因防水工程施工導(dǎo)致的火宅事故頻頻不斷，幾乎每年都有因防水卷材明火施工引發(fā)火災(zāi)事故，不僅造成了財(cái)物的損失，同時(shí)也威脅著人員的生命安全，因此改善施工方法的同時(shí)，提升熱熔防水卷材阻燃等級(jí)也勢(shì)在必行。
阻燃劑的分類
阻燃劑是一種改善可燃易燃材料燃燒 性能的特殊的化工助劑，廣泛應(yīng)用于各類裝修材料的阻燃加工中。目前最普遍的分發(fā)大致有[1]：
2.1按組成元素分
按照組成元素分類，可分為鹵系阻燃劑（如十溴二苯醚DBDPO、四溴雙酚A、十溴二苯乙烷等）、磷系阻燃劑（如微膠囊化紅磷、聚磷酸酯等）、氮系阻燃劑（如三聚氰胺、三聚氰胺磷酸鹽等），但因單一一種阻燃劑效果不是很明顯，磷－鹵系阻燃劑、磷－氮系阻燃劑等協(xié)同復(fù)配阻燃劑便應(yīng)運(yùn)而生。
2.2按組成成分的不同分
按組成成分的不同可分為有機(jī)阻燃劑和無(wú)機(jī)阻燃劑兩大類。有機(jī)阻燃劑的主要組分為有機(jī)物，主要的產(chǎn)品有鹵系、磷酸酯、 鹵代磷酸酯等。無(wú)機(jī)阻燃劑是目前使用最多的一類阻燃劑，它的主要組分是無(wú)機(jī)物，應(yīng)用產(chǎn)品主要有氫氧化鋁（ATH）、氫氧化鎂(MH)、磷酸一銨、磷酸二銨、氯化銨、硼酸鋅等。同樣，有機(jī)阻燃劑與無(wú)機(jī)阻燃劑的復(fù)合搭配也逐漸自成一體，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。
2.3按使用方法分
按使用方法可分為添加型阻燃劑和反應(yīng)型阻燃劑。其中添加型阻燃劑應(yīng)用最廣，用量約占80%，包括氯化石蠟、十溴聯(lián)苯醚、四溴雙酚A-雙（2，3-二溴丙基醚）、十溴二苯乙烷等；反應(yīng)型阻燃劑包括二溴新戊二醇、四溴鄰苯二甲酸酐、溴乙烯等。
阻燃機(jī)理
阻燃劑具有阻止材料燃燒或者延遲材料燃燒的性能，從而達(dá)到保護(hù)材料不著火、能自熄或火焰難以蔓延的作用。其阻燃機(jī)理概括有以下特性：
3.1吸熱作用
這類阻燃劑通過(guò)提高聚合物熱熔，使其在達(dá)到熱分解溫度前吸收更多的熱量，從而提高其阻燃性能[2]。該類阻燃劑代表為ATH、MH，其具體阻燃機(jī)理又包含：
（1）、稀釋效應(yīng)：ATH、MH分別以化學(xué)鍵的方式與34.6%和31.0%的結(jié)晶水結(jié)合，受熱時(shí)大量水蒸氣的摻入和稀釋改變了有機(jī)可燃物質(zhì)與氧氣混合氣體的燃燒極限，故降低了燃燒發(fā)生的可能性。
（2）、阻擋層效應(yīng)：燃燒過(guò)程中Al2O3與MgO同聚合物殘?zhí)康刃纬傻谋砻鎸涌梢宰柚鼓巯?氣相界面間的熱量與物質(zhì)傳遞，與氫氧化物相比，氧化物有較高的熱熔，所以溫升較小，同時(shí)有很高的比表面積，因此有較高度的活性與吸附能力，有助于催化成炭作用，并保護(hù)底層聚合物免于降解。
3.2覆蓋作用
阻燃劑在高溫下能形成玻璃狀或穩(wěn)定泡沫覆蓋層，隔絕氧氣，具有隔熱、隔氧、阻止可燃?xì)怏w向外逸出的作用，從而達(dá)到阻燃的目的。如有機(jī)磷系阻燃劑受熱時(shí)能產(chǎn)生結(jié)構(gòu)更趨穩(wěn)定的交聯(lián)狀固體物質(zhì)或碳化層，碳化層的形成，一方面阻止聚合物進(jìn)一步分解，另一方面能阻止其內(nèi)部的熱分解產(chǎn)生物進(jìn)入氣相參與燃燒過(guò)程。
3.3抑制鏈反應(yīng)
阻燃劑可作用于氣相燃燒區(qū)，捕捉燃燒反應(yīng)中的自由基，從而阻止火焰的傳播，使燃燒區(qū)的火焰密度下降，最終是燃燒反應(yīng)速度下降直至終止。如含鹵阻燃劑，其蒸發(fā)溫度和聚合物分解溫度相同或者相近，當(dāng)聚合物受熱分解時(shí)，阻燃劑也同時(shí)揮發(fā)出來(lái)。
3.4不然氣體窒息作用
阻燃劑受熱分解出不然氣體，將可燃物分解出來(lái)的可燃?xì)怏w濃度沖淡到燃燒下限一下，同時(shí)也對(duì)燃燒區(qū)內(nèi)氧濃度具有稀釋作用，阻止燃燒進(jìn)行，達(dá)到阻燃作用。
阻燃劑選擇需要考慮的幾個(gè)問(wèn)題
4.1環(huán)保
盡管阻燃劑漸漸適用于各行各業(yè)中，但隨著全球環(huán)保意識(shí)的日益加強(qiáng)，人們對(duì)防火安全及制品阻燃的要求越來(lái)越高。有些阻燃劑雖然能達(dá)到阻燃或延緩燃燒的目的，但同時(shí)也釋放出有毒有害氣體和物質(zhì)，使火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)未及時(shí)撤離人員受到傷害，即使撤離后，也會(huì)因呼吸入體內(nèi)的物質(zhì)受到后遺傷害。如多溴聯(lián)苯醚（五溴二苯醚、八溴二苯醚、十溴二苯醚等）燃燒時(shí)會(huì)釋放出二噁英，經(jīng)呼吸或沉降經(jīng)食物鏈進(jìn)入人體后會(huì)使影響受害者的神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)，帶來(lái)的后果包括智力下降、免疫力變低、癌癥、生育困難和畸形兒等。
所以使用阻燃劑時(shí)選擇環(huán)保友好型阻燃劑也是大勢(shì)所趨，如溴系列中十溴二苯乙烷、溴化環(huán)氧樹(shù)脂和溴化聚苯乙烯；磷系中紅磷、間苯二酚（二苯磷酸酯）；氮系中三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸和三聚氰胺磷酸酯；還有無(wú)機(jī)阻燃劑如MH和ATH等都屬于環(huán)保友好型阻燃劑[3]。選擇時(shí)可以優(yōu)先考慮。
4.2復(fù)配阻燃劑的協(xié)同效應(yīng)與對(duì)抗效應(yīng)
阻燃劑雖然具有阻燃或延緩燃燒的優(yōu)點(diǎn)，但大多數(shù)阻燃劑單一使用的情況下阻燃效果并不明顯，相反兩種或多種阻燃劑搭配使用時(shí)會(huì)使阻燃效果大大提升。如磷系阻燃劑分解時(shí)脫水而碳化，但這一過(guò)程必須依賴高聚物本身的含氧基團(tuán)，若聚合物本身不含有氧基團(tuán)或者含量少，單獨(dú)使用磷系阻燃劑時(shí)效果不佳；但如果與MH和ATH等復(fù)配使用時(shí)，即可產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)從而得到良好的阻燃效果。
但是，溴磷復(fù)配阻燃體系與溴銻阻燃體系同時(shí)存在時(shí)，不僅沒(méi)有協(xié)同作用反而呈現(xiàn)出對(duì)抗作用，其原因目前也在研究中。這說(shuō)明各種阻燃劑擁有自己的特性，復(fù)配既能使阻燃效果更明顯，但也有可能會(huì)減弱阻燃性能，所以選擇時(shí)應(yīng)加以考慮。
4.3相容問(wèn)題及阻燃劑改性技術(shù)
由于阻燃劑與聚合物間極性問(wèn)題以及氫鍵的影響，導(dǎo)致在生產(chǎn)中阻燃劑與聚合物難以完全混溶，從而影響產(chǎn)品的阻燃性能。故需要對(duì)部分難以與聚合物混溶的阻燃劑進(jìn)行改性處理，其阻燃改性技術(shù)大多以偶聯(lián)技術(shù)和微膠囊化技術(shù)為主。
如MH（氫氧化鎂）和ATH（氫氧化鋁）常用硅烷偶聯(lián)劑或者鈦酸酯類偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理，作用在于提高阻燃劑與聚合物之間的潤(rùn)濕性能，增強(qiáng)與聚合物的粘接性，形成特殊界面層，有緩和聚合物和阻燃劑質(zhì)檢殘余應(yīng)力的作用。
微膠囊化技術(shù)的推廣，不僅增強(qiáng)了阻燃劑的穩(wěn)定性，同時(shí)也提高了與聚合物之間的相容性。如微膠囊化紅磷的應(yīng)用，不僅解決了紅磷運(yùn)輸途中碰撞易燃的問(wèn)題，也使阻燃生產(chǎn)中混溶性大大提高[4]。
適用于瀝青卷材的阻燃劑及氧指數(shù)檢測(cè)
實(shí)驗(yàn)經(jīng)彈性體改性瀝青防水卷材配方修改，添加各種不同阻燃體系后，按照GB/T 10707-2008《橡膠燃燒性能的測(cè)定》測(cè)得氧指數(shù)如下表所示：
從上表可以看出，單純使用一種阻燃劑的情況下，其產(chǎn)品氧指數(shù)較小，達(dá)不到阻燃效果，且硼酸鋅和三氧化二銻單一使用情況下阻燃效果表現(xiàn)不出來(lái)，同時(shí)磷-溴阻燃體系與溴-銻阻燃體系同時(shí)存有一定的對(duì)抗作用。
結(jié)語(yǔ)
改性瀝青防水卷材在如今社會(huì)消耗量大，但因施工引起的火災(zāi)也頻發(fā)不斷，究其原因一部分是因?yàn)槭┕げ划?dāng)，最主要的原因還是熱熔瀝青防水卷材作為鋪地材料時(shí)容易燃燒引起的。所以防水卷材的阻燃會(huì)逐漸被重視，也勢(shì)必是大勢(shì)所趨。但因阻燃劑本身極性及毒性，選用時(shí)需多加考慮，選用一種或幾種阻燃、環(huán)保同時(shí)混溶性也好的阻燃劑，才是阻燃防水卷材生產(chǎn)中的關(guān)鍵。
[1] 梁誠(chéng)．我國(guó)阻燃劑生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)．化工新型材料，2001，29（8）：5-7．
[2] 張玉龍，夏裕彬．阻燃高分子材料配方設(shè)計(jì)與加工．中國(guó)石化出版社，2010，9-10．
[3] 柏光奎． 新型無(wú)機(jī)阻燃劑的發(fā)展現(xiàn)狀及開(kāi)發(fā)前景．CPSE第十一屆安博會(huì)論文集，2007，11：35-38.
[4] 王德花，李榮勛，劉光華．包覆紅磷阻燃ＡＢＳ的性能研究．中國(guó)塑料，2007，21(11)：74-77.
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