阻燃橡胶

阻燃橡胶是指能延缓着火、降低火焰传播速度，且在离开外部火焰后，其自身燃烧火焰能迅速自行熄灭的橡胶。

阻燃包括多方面：①非着火性，材料炭化而不着火燃烧；②耐延燃性，材料着火燃烧，但难于扩展蔓延；③自熄性，移除火焰后自然熄灭；④无焰燃烧的残焰时间短；⑤燃烧时无滴落。

广义上的阻燃性还包括安全性，能有效地抑制烟尘、有毒有害气体的产生及对人体的危害等。

研究和评价聚合物材料可燃性，最常用的方法是氧指数法（OI）。氧指数表示试样在氧气和氮气的混合物中燃烧时所需的最低含氧量。氧指数越大，表示聚合物可燃性越小，阻燃性能越好。

橡胶燃烧的实质是橡胶在高温下发生分解，生成可燃性气体，进而在氧和热的作用下发生燃烧。因此阻燃的主要方法是断绝燃烧时所需要的氧气或隔离热源。提高橡胶制品阻燃性：一是要抑制橡胶高温分解所产生的可燃性气体，例如加入卤素化合物，使之产生难燃性气体，以隔离热源和氧气；二是尽可能降低体系温度、吸收热量，例如加入氢氧化铝，它在受热时放出结晶水、吸收热量或提高热传导性，也可起到阻燃作用；三是选用自身阻燃性好、氧指数高、耐热性好、与阻燃剂和填充剂相容性好、燃烧传播速度较低的材料作为主体材料。阻燃橡胶的配方设计主要是主体材料橡胶和阻燃剂的选择。

阻燃橡胶种类选择应遵循以下三个原则：①橡胶本身具有阻燃性；②燃烧时发热量低；③具有良好的高温耐热性。阻燃橡胶的主体材料多选用难燃橡胶、难燃树脂或两者并用。

从阻燃效果来看，橡胶可分为三类：

①烃类橡胶（如天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶、丁基橡胶等），氧指数均<20%，易燃；

②含卤橡胶（氟橡胶>氯丁橡胶>氯磺化聚乙烯>氯化聚乙烯），氟橡胶氧指数≥65%，其他为25%~32%；

③主链含非碳元素的橡胶（如硅橡胶、氯醚橡胶、聚氨酯橡胶等），部分易燃/难燃。

橡胶和树脂的阻燃性能与其结构密切相关：

-含卤素、苯环或共轭双键的橡胶氧指数高（如氯丁橡胶OI=33%，属难燃橡胶）

-非极性烃类橡胶氧指数最低（如三元乙丙橡胶OI=20%，易燃）

-树脂分子链含苯环/卤素时氧指数高（如PVC氧指数比PE高50%，PTFE比PE高75%）

因此主体材料应选择：氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯、氯醚橡胶、氯化聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯等含卤素化合物。硅橡胶也是较好的阻燃聚合物。

阻燃剂是指能够延迟或阻止高分子材料燃烧的配合剂。按阻燃元素可分为：

-卤系阻燃剂

-磷系阻燃剂

-氮系阻燃剂

-磷-卤系阻燃剂

-磷-氮系阻燃剂

卤系阻燃剂主要是氯/溴化合物（如氯化石蜡、全氟环戊烷、氯化聚乙烯、四溴乙烷等），阻燃效果：脂肪族卤化物>脂环族卤化物>芳香族卤化物。作用机理：

1.分解捕获燃烧自由基的X·及HX

2.HX稀释可燃气体并隔绝空气

磷系阻燃剂包括聚磷酸铵、磷酸酯类（如磷酸三甲苯酯/TPP、磷酸三辛酯/TOP、辛基磷酸二苯酯/DPOP等）。其中DPOP是FDA认证的唯一无毒磷酸酯阻燃增塑剂，可用于食品医药包装。作用机理：

1.促进可燃物脱水炭化

2.形成熔融覆盖层隔绝氧气

氮系阻燃剂通过促进交联成碳、释放不燃气体稀释可燃气体实现阻燃。

磷-卤/磷-氮系通过协同效应增强阻燃效果。

按组分分类：

阻燃剂用量与性能关系：

-单独使用氯化石蜡-70：需≥30份

-单独使用Al(OH)₃：需≥100份

-Sb₂O₃需与氯化石蜡-70并用（自身无阻燃性）

-总用量临界点：

-＞11%（质量分数）时：OI>27%，具有阻燃效果

-＞30%时：OI>35%，阻燃性能显著

-＞35%时：OI增长缓慢