Question

什么材料在燃气点燃后，不溶而且吸热导热率又高又好

Answer 1

PBB和PBDE作为阻燃剂常存在于PP、PA、PE、PS、ABS、EVA及PET、PBT等易燃塑料的制品中。PBB、PBDE 在未受控制的燃烧过程中(温度低于1200 度）可能产生溴化二苯二恶英/呋喃(PBDD/F)，此二者均属于强烈致癌性及致畸胎性物质。这些物质可能造成影响严重且范围广泛的空气、河流水体等生态环境污染。因此，欧盟RoHS等相关指令禁止多溴联苯（PBB）及多溴联苯醚（PBDE）在塑料制品中的的使用。阻燃剂一般分为有机阻燃剂（如卤化物阻燃剂PBB、磷酸酯）和无机阻燃剂（如氢氧化铝、硼酸锌）。除了受限的PBB及PBDE外，目前在工业上最常见的阻燃剂是磷酸酯、氧化锑、氢氧化铝及硼酸锌。下面对不同的阻燃剂替代方案做一简要概述。1. 氢氧化铝（镁）氢氧化铝是无机阻燃剂，其阻燃机理是受热分解放出大量的水蒸气，其反应式为：2Al(OH)3 → A1203 + 3H2O这是个强吸热反应，吸热量达到l967.2J/g，起到冷却聚合物的作用，反应产生的水蒸气可以稀释可燃气体，抑制燃烧蔓延，新生成的氧化铝还具有较高的活性，能吸附烟尘颗粒，起到抑烟作用。另外，氢氧化铝还具有阻滴，促进炭化作用，能长期保留在聚合物中且能增加其抗电弧性。Al(OH)3具有稳定性高、不易挥发、成本低等优点，因此，被誉为“无公害阻燃剂”。但是，它的一些缺点也制约着它的应用。由于是极性无机材料，Al(OH)3与有机聚合物的亲和性差，界面结合力小，因此填充量大、相容性差，不利于聚合物的加工，降低其制品的机械性能。为了克服上述缺点，普遍采用偶联剂进行表面处理。常用的偶联剂有硅烷和酞酸醋类。表面处理可以改善Al(OH)3对基体的亲和力，以确保材料原有的耐冲击强度。另外，改进造粒技术，使粒度分布变窄，获得超细粒径的Al(OH)3，这样可使Al(OH)3更均匀地分散在合成材料中，提高基体材料的力学性能和耐热性能，提高阻燃效果。随着Al(OH)3粒径分布的不断改善和表面处理技术的应用，其质量分数从40%上升到60%，制品的物理性能也随之得到不断增强。氢氧化铝阻燃剂主要应用于塑料、橡胶、SMC\BMC、人造大理石以及绝缘电器填充料等行业中。国内氢氧化铝阻燃剂常见供应商为合肥中科阻燃新材料有限公司、苏州纳方工程材料有限公司等。与氢氧化铝阻燃原理以及性能相似的还有氢氧化镁阻燃剂(Mg(OH)2)，其常见的国内供应商为郑州富龙新材料科技有限公司、上海慧罗公司（代理美国雅保）等。2. 红磷红磷是一种性能优良的阻燃剂，具有高效、抑烟、低毒的阻燃效果，红磷在400℃受热分解，解聚形成白磷，白磷在水汽存在下被氧化成粘性的磷的含氧酸，这类酸即覆盖于被阻燃材料表面，促使材料表面加速脱水炭化，形成炭层。液膜和炭层可起到蓄热、阻止气体交换的作用，保护下层不再被继续氧化，起到阻燃作用。但是在实际应用中易，红磷吸潮、氧化、并放出剧毒气体，粉尘易爆炸，而其呈深红色，在与树脂混炼、模塑等加工操作过程中存在着火危险，且与树脂相容性差，不宜分散均匀，导致基材物理性能下降。为了克服这些缺点，红磷颗粒的表面改性处理成为重要研究课题之一。目前，普遍采用的方法是微囊化：用Al(OH)3、金属硫酸盐、合成树脂等对其进行表面包覆，形成一层“薄壁”，改善界面结合能力，克服红磷作为阻燃剂的缺点。微胶囊红磷（MRP）是目前市场上常见的产品。红磷阻燃剂主要应用于聚乙烯、聚丙烯、ABS、高抗冲聚苯乙烯、尼龙、环氧树脂等工程塑料的阻燃。国内红磷阻燃剂常见供应商为祥硕塑料阻燃材料有限公司、马鞍山市源川阻燃材料有限公司等。3. 硼酸锌硼酸锌外观为白色或淡黄色结晶粉末，是一种多功能无机添加型阻燃剂，其分子是为2ZnO·3B2O3·3.5H2O。室温下水中溶解度<0.28%wt，不溶于冷水，热水中微溶，能被强酸或强碱水解，易溶于盐酸、硫酸、二甲亚砜，可溶于氨水，在氢氧化钠中溶解性稍差，不溶于乙醇、正丁醇、苯及丙酮等有机溶剂。硼酸锌具有热稳定性好，失水温度高，脱结晶水的温度可达300℃以上。相对密度小、粒径细、易分散、无毒性是其独特之处。硼酸锌的阻燃机理是通过吸热作用、覆盖作用、抑制链反应和释放不燃气体等若干途径或机理发挥其阻燃作用的。与其它有机和无机阻燃剂相比较。它的阻燃效果更优、抑烟性好(能减少燃烧黑烟量25％)，可保持透明塑料的透明度，使用时无需处理等优点。硼酸锌具有多种优异性能，其中协效作用尤为显著，这使得其应用更加广泛。在无机阻燃剂中，氢氧化铝具有阻燃、消烟、填充3种功能。因其不挥发、无毒，又可与多种物质产生协同阻燃作用，被誉为无公害的无机阻燃剂。但是氢氧化铝在使用时通常需要加入50％(质量分数)以上才能显示很好的阻燃效果。氢氧化镁和氢氧化铝的情况一样。这样就会由于大量添加使基材树脂加工性能变差．力学性能损失较大。三氧化二锑是卤素阻燃剂必不可少的协同剂，但是单独使用时阻燃作用很小。硼酸锌由于具有较高的脱水温度(大于300℃)，超过大多数的聚合物的分解温度，可以全部或部分代替三氧化二锑用于热固性聚酯配方中，降低了使用成本，也可以与氢氧化铝、氢氧化镁和磷系阻燃剂产生良好的协效作用，从而减少了它们的添加量，降低了它们对基材加工性能的影响。硼酸锌主要应用于塑料和橡胶的加工，如PVC、PE、PP、增强聚酰胺、聚氯脂、聚苯乙烯、环氧树脂、聚脂酸乙烯树脂及天然橡胶，苯乙烯丁二烯橡胶、氯丁橡胶等。还可以被应用于纸张、纤维织物、装饰板、地板革、壁纸、地毯、陶瓷釉料、杀菌剂，涂料的生产中，以提高阻燃性能。国内硼酸锌常见供应商为淄博五维实业有限公司、河南省天隆阻燃材料有限公司等。4. 聚磷酸铵聚磷酸铵是良好的无机阻燃剂，为白色粉末，分解温度大于256℃，聚合度在10-20之间为水溶性的，聚合度大于20难溶于水。比有机阻燃剂价廉，毒性低，热稳定性好，可单独或与其它阻燃剂复合用于塑料的阻燃。高温下，迅速分解成氨气和聚磷酸，氨气可以稀释气相中的氧气浓度，从而起阻止燃烧的作用。聚磷酸是强脱水剂，可使聚合物脱水炭化形成炭层，隔绝聚合物与氧气的接触，起阻止燃烧的作用。聚磷酸铵主要应用于膨胀型防火涂料、聚乙烯、聚丙稀、聚氨酯、环氧树脂、橡胶制品、纤维板及干粉灭火剂等。国内聚磷酸铵常见供应商为济南金盈泰化工有限公司、富源化工有限公司、上海新华阻燃剂总厂等。5. 磷酸酯（有机磷系）磷酸酯类有机磷系阻燃剂与基体材料的相容性好，兼有阻燃与增塑双重功效，在有机磷系阻燃剂中应用最为广泛。但是有机磷系阻燃剂多为液体，具有挥发性大、流动性强、发烟量大、热稳定性较差等缺点，使其应用受到一定限制。为克服这些缺点，采用缩聚反应制得相对分子质量高的有机磷系阻燃剂，可以有效地降低其挥发性。磷酸酯类阻燃剂主要应用于PC，PC/ABS，PPO/HIPS等聚合物。其国内常见供应商为深圳市吉瑞化工有限公司、河北振兴化工橡胶有限公司等。6. 三聚氰胺（有机氮系）常用的有机氮系阻燃剂有三聚氰胺及其衍生物。含氮阻燃剂毒性低、阻燃效率高、耐热性能良好。由于热分解温度较高，不必担心材料在加工时使阻燃剂分解而导致阻燃失效。此外，在含氮化合物分解时，产生的气体腐蚀性小，经过氮系阻燃剂处理的高分子材料发烟量低，表现出很好的抑烟效应。但是三聚氰胺单独使用时阻燃效率不高，需要与其它阻燃剂复合使用，产生协同效应，以提高阻燃效率。通常三聚氰胺与聚磷酸胺、季戊四醇复配使用。三聚氰胺类有机氮系阻燃剂主要应用于制造膨胀型防火涂料中的发泡成分，其发泡效果好，成炭致密。除单独作阻燃剂外，常用的阻燃品种是与酸反应产生的衍生盐，广泛用于PE、PP以及PVC塑料等热塑性、热固性塑料等领域；三聚氰胺与液态磷酸酯合用，广泛应用于阻燃聚氨酯泡沫材料。国内三聚氰胺常见供应商为上海海以工贸有限公司、连云港传奇阻燃材料有限公司等。7. 膨胀性阻燃剂在使用上，还可以将阻燃剂分为填充性阻燃剂与膨胀性阻燃剂。无机阻燃剂多为填充性阻燃剂，具有燃烧时发烟量少，无有害气体等优点。但其本身阻燃效率并不高，填充大量的阻燃剂才能够达到一定的效果。因此需要对阻燃剂进行改性或加入阻燃协效剂才能达到更好的阻燃效果。常见的处理技术为：超细化以及纳米化技术、表面处理及包覆技术、阻燃协效剂红磷的微胶囊化等。而对于膨胀型阻燃剂多为多种阻燃剂协同组成的，主要有三部分组成，分别是成炭剂(炭源)、脱水剂(酸源)和发泡剂(气源)。其中，成炭剂是指在燃烧过程中能被脱水剂夺走水分而被炭化的物质。主要是一些含炭量高的多羟基有机化合物。常见的有季戊四醇，此外尼龙6的成炭效率高，使用也较为广泛。脱水剂是指在燃烧过程中夺取膨胀型阻燃剂中成炭剂水分的物质，主要作用是促进多羟基化合物脱水炭化，形成具有一定厚度的不易燃烧的炭质层。脱水剂主要是一些无机酸盐和无机酸酯类。用得最多的是磷酸铵盐、磷酸酯、硼酸盐和硅酸盐。发泡剂，在被阻燃系统中受热时，分解释放出大量无毒并能灭火的气体，同时发生膨胀并形成海绵状细泡结构的化合物。常用的发泡剂有三聚氰胺、双氰胺、聚磷酸铵、硼酸胺、双氰胺甲醛树脂等。经过上述阻燃剂协同作用之后，膨胀性阻燃剂可以分解产生的不燃性气体使熔融状态的系统发泡膨胀，并且无机酸开始对多元醇和酯进行脱水炭化，形成炭渣和无机物，最终使系统开胶化和固化，形成具有隔热、隔氧的带微孔结构的泡沫炭质层。膨胀型阻燃剂主要应用于PE、PP等塑料的阻燃中。其国内常见供应商为威海天创化工有限公司、广州银塑阻燃材料有限公司等。当阻燃材料用于潮湿环境、海洋气候、露天环境等场所进行防火保护时，传统膨胀型阻燃剂因其耐候性、盐析性、水溶解性等，使其应用受到一定限制。可膨胀石墨（EG）就是最近发展起来的一种新型的膨胀型阻燃剂。它可以很好地克服传统膨胀型阻燃剂的缺点，适用范围更广。将天然石墨经过特殊处理，使其形成特殊层间化合物。当被迅速加热至300℃以上时，可沿一轴向膨胀数百倍。膨胀后的石墨形成很厚的多孔炭层，起到隔热作用。EG资源丰富，制造简单，价格低廉，无毒，低烟。在实际使用中，它需同其他物质（如红磷）复合使用，以产生协同效应。国内膨胀石墨阻燃剂常见供应商为青岛百川石墨有限公司、龙鼎化工有限公司等。 环保阻燃剂还包括有机硅系阻燃剂（如硅油、硅树脂、硅橡胶、硅烷偶联剂等）以及新型的纳米材料阻燃剂，由于开发的比较晚，应用并不是十分广泛。另外，还存在不含PBB及PBDE的溴系阻燃剂，如十溴二苯乙烷、十溴二苯醚等，虽然可以满足RoHS等的要求，但因为含有卤素而受到质疑，预计在不久的将来会受到限制。

Answer 2

钛合金

Answer 3

黄铜