新型氮磷硼阻燃剂的合成及表征 (2)
1 绪论
1.1 本论文研究意义 高分子材料由于其性能优异、价格低廉的特点被广泛应用于建筑、工程材料、农业等领域以及人们的生活中。但是，大多数高分子材料属于易燃、可燃材料，在燃烧的过程中，火焰传播速度快，热释放速率大同时不容易熄灭，并会伴随着浓烟和有毒气体，会对人们的生命以及环境造成威胁。因此，如何提高高分子材料的阻燃性，已经成为当前人们一直研究的问题。 目前，人们对高分子材料的阻燃已进行了大量研究，开发了多种用于高分子材料阻燃的阻燃剂[1]。阻燃剂是高分子材料工业的重要助剂,使用之后能够抑制并延缓高分子材料燃烧的传播，同时减少被热引燃而产生的概率，是一种从根本上抑制、消除失控燃烧的材料。阻燃剂可按不同的方式分类，按加入方式可分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂；按化学种类可分为有机阻燃剂和无机阻燃剂；按阻燃元素可分为无机磷系、氮系、有机磷系及卤-磷系、磷-氮系、硼系、锑系、铝-镁系、卤系、硅系、及钼系阻燃剂等。各种阻燃剂中常见的阻燃元素主要是元素周期表中第Ⅲ主族的硼和铝，第Ⅴ主族的氮、磷、锑等，第Ⅵ主族中的硫，第Ⅶ主族的氟、氯、溴等[2]。不同阻燃剂的阻燃机理、阻燃效果都不尽相同，在使用过程中各有优缺点，如卤系阻燃剂虽然阻燃效果很好，但在使用过程中会产生大量有毒有害的烟气，对人的生命健康和环境均有很大的危害，目前已被限制使用[2]；无机阻燃剂（如镁铝系、硼系、钼系、锑系等）虽然绿色环保，但阻燃效果较差，需要添加很高的量才能够获得较好的阻燃效果，但同时却严重影响了材料的力学性能与加工性能；无机磷则存在着发烟量大、易水解、热稳定性差、毒性大、阻燃效果不好等缺陷[3]；有机阻燃剂如有机磷、磷-氮膨胀型阻燃体系等，虽然阻燃效果较好，但在使用过程中会存在热稳定性不够、易吸潮、添加量大、同聚合物材料的相容性差等问题[4]。随着人类意识到保护环境的重要性，人们对于阻燃剂的要求也随之提高，不仅仅只要求阻燃性能好,同时还要求抑烟并减少阻燃材料的毒气释放量,且不能影响材料的阻燃性能[5],这就使得传统的卤系阻燃剂面临严峻挑战，因此，无卤膨胀型阻燃剂将是今后阻燃剂开发的重要方向之一[6]。膨胀型阻燃剂是一种不含卤素的环保绿色阻燃剂，不必采用氧化锑为协效剂,在其受热时，表面能生成一层均匀的炭质泡沫层，具有隔热、隔氧、抑烟等作用，并能防止产生熔滴，因而具有良好的阻燃性能，且低烟、低毒、无腐蚀性气体产生，符合未来阻燃剂的研究开发方向，已经成为国内外最为活跃的阻燃剂研究领域之一。膨胀型阻燃剂按作用机理的不同，可分为化学膨胀型阻燃剂和物理膨胀型阻燃剂[7]。化学膨胀型阻燃剂的主要成分为氮和磷，目前使用较多的是化学膨胀型阻燃剂。化学膨胀型阻燃剂一般是由碳源（成炭剂）、酸源（脱水剂）和气源（膨胀剂）所组成的复合阻燃剂。物理膨胀型阻燃剂则以膨胀型石墨为主。它的原理通过阻燃剂自身的物理膨胀在材料表面形成膨胀层，来隔绝热量以及氧气。它可以减少降低表面温度，被辐射到被阻燃基材的热量，抑制或阻止基材的进一步降解或燃烧；另一方面可以减少热降解产生的可燃性产物与氧气在气相和固相的扩散，抑制或阻止火焰的进一步传播[8]。 因此，充分利用不同阻燃元素之间的协同作用，开发集多种阻燃元素于一体的新型氮磷硼阻燃剂具有非常重要的理论与实际意义。
1.2 国内外研究现状分析 从20世纪60年代至今，随着科学的进步，阻燃剂已有数百种品种，含单一阻燃元素的阻燃剂在使用过程中各有优缺点，因此人们长期以来一直在研究何种元素对阻燃剂效果更好，并在此基础上通过尝试协同作用来制备复合阻燃剂。