一、 化学作用模式
将锑化合物(主要是三氧化二锑)与卤系阻燃剂协同使用,可大大提高后者的阻燃效能。卤一锑协同体系的气相阻燃机理,可能是在高温下,三氧化二锑能与卤(氯)系阻燃剂分解产生的卤(氯)化氢作用生成三卤(氯)化锑或卤(氯)氧化锑。
Sb2O3(s)+6HCl →2SbCl3+3H2O
Sb2O3(s)+2HCl →2SbOCl3(s)+H2O(约
生成的卤(氯)氧化锑又可继续分解为三卤(氯)化锑。
5SbOCl(s) →Sb4O5Cl2(s)+SbCl3(g) (
4Sb4O5Cl2(s) →5Sb3O4Cl (s)+SbCl3(g) (
3Sb4O5Cl2(s) →4Sb2O3 (s)+SbCl3(g) (
另外,在更高温度下,固态三氧化二锑可气化。
Sb2O3 (s) →Sb2O3 (g) (>
三卤化锑可捕获气相中的活泼自由基,改变气相反应模式,抑制燃烧的进行。
SbX3+H·→HX+SbX2·
SbX3→X·+ SbX2·
SbX3+CH3·→CH3X+SbX2·
SbX2·+H·→HX+SbX·
SbX2·+ CH3·→CH3X +SbX·
SbX·+H·→HX+Sb
SbX·+ CH3·→CH3X +Sb
同时,三卤化锑的分解可缓慢地放出卤素自由基,后者可与气相中的活泼自白基(如H·)结合,因而能在较长时间内维持淬灭火焰的作用,即相当于延长了自由基捕获剂在燃烧区的寿命,因而增大了燃烧反应被抑制的几率。
X·+ CH3·→CH3X
X·+H·→HX
X·+HO2→HX+O2
HX·+ H·→X·+H2
X·+ X·+ M·→X2+ M(M是吸收能量的物质)
X2+ CH3·→CH3X+ X·
最后,在燃烧区中,氧自由基可与锑反应生成氧化锑,后者也可捕获气相中的H·及OH·,这也有助于使燃烧停止和使火焰自熄。
Sb+ O·+M→SbO·+M
SbO·+2H·+M→SbO·+H2+M
SbO·+H·→SbOH
SbOH+ OH·→SbO·+H2O
二、物理作用模式
卤-锑阻燃剂的灭火效能,除了上述的化学作用外,还有物理方面的作用。
(1)高密度的三卤化锑蒸气能较长时间停留在燃烧区.发挥稀释和覆盖作用(“毯子”效应)。“毯子”效应的隔氧作用对抑制材料的热裂解和燃烧是非常有效的,因为气相引燃通常是在邻近凝聚相的可燃物-空气混合物中发生的,而氧气进入凝聚相速度可能会影响高聚物裂解速度,氧气进入材料和在材料中扩散的速度降低,材料裂解速度下降,燃烧的可能性减小。阻燃材料热裂时所放出的大量含卤化合物和不可燃气体,毫无疑问能阻碍氧向材料内部穿透和抑制材料的热裂解。
(2)液态及固态三卤化锑微粒的表面效应可降低火焰能量。
(3)卤氧化锑的分解为吸热反应,可有效地降低被阻燃材料的温度和分解速度。
(4)卤-锑系统热裂解生成的炭层可将被阻燃材料封闭,阻止可燃性气体从材料逸出和进入火焰区,同时阻止氧气进入材料内部。
物理模式与自由基捕获理论两者可互相补充,但要礁定这两种作用模式各自对阻燃的贡献则是相当困难的,这常取决于被阻燃材料和阻燃剂的结构和性能、火焰的参数和条件以及试样的大小等诸多因素。