| 红外光谱法在阻燃材料与防火涂料的应用 |
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| 作者：
2004-12-30 9:35:00 |
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摘 要：本文介绍了利用红外光谱法定性分析阻燃材料与防火涂料的微观结构，研究阻燃材料与防火涂料阻燃机理以及阻燃体系的阻燃性能。
关键词：红外光谱法、阻燃材料与防火涂料研究、应用
1. 前言
红外光谱分析方法是基于红外电磁辐射与物质之间相互作用产生特征光谱波长与强度进行物质结构分析的方法。红外光谱为分子振动光谱，其涉及分子中原子之间化学键振动引起能级跃迁的检测，可以在分子水平上提供丰富的物质结构信息。因此，作为新一代评估方法，红外光谱分析方法在阻燃材料与防火涂料研究中应用非常广泛。1～9
2. 红外光谱法在阻燃材料与防火涂料研究中的应用
2.1. 定性分析
红外光谱法操作简便，分子中基团的红外光谱振动频率特征性强，是分析与鉴定材料非常理想的方法。目前，红外光谱法比较普遍地应用于已知物质及其纯度的鉴定。例如，在合成阻燃材料与防火涂料时，利用红外光谱法可以验证产物是否是预计得到的已知化合物，基本分析方法是将样品的红外谱图与已知物质的标准谱图进行对照。5，10～24 在研究酸式磷酸酯作为膨胀型阻燃剂/聚丙烯体系的偶联剂对材料性能的影响时，10 酸式磷酸酯的合成分为两步，首先三氯氧磷与异辛醇在60～70℃之间反应生成磷酸酯酰氯：
然后在沸水中水解得到酸式磷酸酯：
图1 为制备得到的酸式磷酸酯的红外光谱图。图中，在1000cm-1 处附近出现的p-o-h 吸收峰与在1200cm-1 处附近出现的p=o 吸收峰证明了产物中存在酸式磷酸酯。
另外，在产品的制备与分离过程中，利用红外光谱法可以鉴定产品的纯度与杂质的分离程度。例如，在氢氧化镁的表面处理研究中，25 作者利用红外光谱图表征了四种氢氧化镁的纯度。
2.2. 阻燃材料与防火涂料阻燃机理研究
利用红外光谱法可以研究阻燃材料与防火涂料的阻燃过程，阻燃材料与防火涂料在高温作用下，反应生成新的基团，其红外光谱发生变化，通过对照燃烧前后的红外光谱图，可以对阻燃材料与防火涂料的阻燃机理进行研究。5，26～28
对阻燃型尼龙6（ PA6 ）/聚丙烯（ PP ）/硅灰石复合材料的阻燃机理进行研究时，26 将三聚氰胺三聚氰酸盐（MCA）阻燃型6 PA / PP /硅灰石复合材料在马弗炉中热氧处理，发现该体系在330～400℃范围内受到热氧处理时，表面炭化并且膨胀发泡，在390℃处理5 分钟的样品表面形成一层黑色炭化层。取这些经过热氧处理的样品进行红外分析得到图2，可以发现，随着热氧处理的温度升高，MCA阻燃体系中1741cm-1与1781cm-1处附近MCA的特征吸收峰逐渐消失，2248cm-1 处附近出现腈基的特征吸收蜂。然而6 PA 经过类似的热氧处理得到的残余物中无腈基基团, 只是在1740cm-1处附近出现6 PA 解聚分解终端基团-CO-NH2 的特征吸收峰。这些说明在热氧处理中MCA的三嗪环己经打开。由此可知，在高温作用下MCA受热分解催化PA6从解聚分解变为炭化分解，MCA对PA6/ PP /硅灰石复合材料体系的阻燃作用，除了“升华吸热”的物理阻燃作用，还具有催化PA6 炭化膨胀的化学阻燃作用。
2.3. 阻燃体系阻燃性能研究
通过对照经过阻燃处理的材料在高温作用下红外光谱的变化，可以对阻燃体系的阻燃性能进行研究。29，30 田春明等29 选用金属氧化物作为聚磷酸铵（ APP ）/季戊四醇（ PER ）/聚丙烯（ PP ）膨胀阻燃体系的阻燃协效剂，利用红外光谱法研究了金属氧化物对材料热氧化降解过程的影响，结果表明金属氧化物对酯化与成炭反应具有明显的催化作用。
左图中，可以观察到两样品在990 cm-1 处附近（ P-O-H 中的V-PO ）与1160cm-1 处附近（ O=P = 中的P= ν-O ）都存在强吸收峰，这些吸收峰是由于APP 分解产生的聚磷酸与磷酸引起的。1400cm -1处附近（+
NH+4 中的δN-H ）的吸收峰说明磷酸铵盐的存在，1630cm-1 处附近（共轭C=C 的特征振动）的吸收峰显示残余物中含有不饱和烃。在样品3 中可以观察到1750cm-1 处附近（酯的特征振动）的吸收峰，说明酯化反应已经开始，然而在样品2 中1750cm-1 处附近的吸收峰不明显，这些证实了氧化锌对APP / PER酯化反应的催化作用。
右图中样品2 与样品3 的红外光谱图相似，在1400cm-1 处附近的吸收峰变得非常弱，说明磷酸铵盐几乎全部分解，然而990cm-1 处附近与1160cm-1 处附近的吸收峰仍然非常强，说明残余物中含有较多的磷酸根，1630cm-1 处附近的吸收峰增强，说明残余物中含有大量的不饱和双键。以上分析说明氧化锌的存在仅对材料的热氧化降解反应有催化作用，并没有改变最终降解产物的结构。
参考文献
[1] 高俊刚，李源勋主编. 高分子材料. 北京：化学工业出版社，2002 年.
[2] 汪昆华，罗传秋，周啸编著. 聚合物近代仪器分析（第二版）. 北京：清华大学出版社，2000 年.
[3] 左演声，陈文哲，梁伟主编. 材料现代分析方法. 北京：北京工业大学出版社，2000 年.
[4] 董炎明编. 高分子材料实用剖析技术. 北京：中国石化出版社，1997 年.
[5] 徐晓楠. 2003 年全国阻燃学术年会论文集，70.
[6] 徐晓楠. 武警学院学报，2002，18(4)：29.
[7] 刘向峰，于健，张军. 青岛化工学院学报，2003，23(3)：233.
[8] 张先来，张磊. 消防技术与产品信息，2003，1，45.
[9] 祝大同. 绝缘材料，2002，4，30.
[10] 马志领，高俊刚. 中国塑料，2003，17(3)：72.
[11] 杜晓华，赵乘寿，王玉忠. 2003 年全国阻燃学术年会论文集，41.
[12] 王德义，赵弘，王玉忠. 2003 年全国阻燃学术年会论文集，51.
[13] 刘治国，王素敏，丁涛，贾修伟，徐元清. 2003 年全国阻燃学术年会论文集，92.
[14] 郑宝明，杨荣杰. 2003 年全国阻燃学术年会论文集，113.
[15] 李国防，刘铁良，赵东. 河南科学，2003，21(6)：710.
[16] 周向东，刘方，伍建国. 湖南工程学院学报，2003，13(2)：85.
[17] 张田林. 淮海工学院学报，2003，12(3)：35.
[18] 杜杨，吉法祥，刘祖亮，吕春绪. 高分子材料科学与工程，2003，19(4)：44.
[19] 杨兴钰，周少林，张丽萍. 化学通报，2003，4，277.
[20] 丁奎，游长江，郭文迅，谢铌铌. 化学建材，2003，4，15.
[21] 胡中波，甘孝贤，邱少君，卢先明，张志刚. 聚氨酯工业，2003，18(2)：11.
[22] 裴运同，杨军忠，李德文，陈灵文. 中国塑料，2003，17(1)：58.
[23] 江贵长，官文超. 应用化学，2003，20(6)：562.
[24] 郝向阳，刘吉平，冯顺山. 胶体与聚合物，2001，19(1)：28.
[25] 李锦，欧育湘. 2003 年全国阻燃学术年会论文集，174.
[26] 刘长生，王琪，夏和生. 高分子材料科学与工程，2001，17(3)：139.
[27] 王锦成，杨胜林，李光，江建明. 功能高分子学报，2003，16(2)：238.
[28] 楼新荣，邓海宇，张廿六. 消防科学与技术，2000，5，2：56.
[29] 田春明，谢吉星. 山西大学学报（自然科学版），2003，26(3)：231.
[30] 田春明，李芝，王海，徐建中. 河北大学学报（自然科学版），2003，23(1)：34.
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【文章出处：hc360慧聪网消防行业频道】 |
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