膨脹型阻燃涂料中的粘合劑至關(guān)重要，因?yàn)樗兄谛纬删鶆虻呐菽Y(jié)構(gòu)和炭層的膨脹 [ 182 ]。粘合劑，如聚醋酸乙烯酯乳液、氯乙烯膠乳、醇酸樹脂和丙烯酸樹脂，廣泛用于膨脹型阻燃涂料的配方中。為了克服火焰，這些粘合劑基本上表現(xiàn)良好；然而，它們的化學(xué)成分在暴露于火焰時通常會釋放出大量有毒氣體和煙霧 [ 87 , 183]。因此，可以使用水基粘合劑，如環(huán)氧乳液，以減少煙霧和有毒煙霧的釋放，同時保持膨脹型阻燃涂料在阻燃方面的質(zhì)量和有效性[ 184 ]。
以下是一些可用于制造有效膨脹型阻燃涂料體系的潛在粘合劑。
7.2.1. 乙烯醋酸乙烯酯乙烯醋酸乙烯酯 (EVA) 是一種含有乙烯的極性醋酸乙烯酯共聚單體，可以通過改變醋酸乙烯酯的含量來合成。它廣泛用于眾多應(yīng)用中，其中 EVA 變化很大，具體取決于共聚物的醋酸乙烯酯含量 [ 185 , 186 ]。然而，EVA 的高可燃性使其無法最大限度地發(fā)揮其用途 [ 187 ]。因此，阻燃劑的添加對于提高EVA的阻燃性是必要的。還值得注意的是，阻燃 EVA 化合物的開發(fā)必須不含鹵素，因?yàn)樵撓到y(tǒng)會釋放有毒和腐蝕性氣體并產(chǎn)生大量煙霧，這會導(dǎo)致環(huán)境和健康風(fēng)險 [ 127 , 188 ]。
最近，在許多應(yīng)用中，無機(jī)氫氧化物填料（有時是層狀雙氫氧化物）和膨脹型阻燃劑得到了深入研究，并普遍用于生產(chǎn)無鹵阻燃 EVA 共聚物體系，同時考慮到生命和環(huán)境安全問題 [ 153 , 189 ]。它們在冷凝和氣相中分解，降低聚合物的溫度并將水釋放到氣相中，從而稀釋火焰。它們還可以作為含碳?xì)堅(jiān)趸拇呋瘎?，降?CO/CO 2比率 [ 190]。在分解過程中形成的氧化物有助于形成絕緣的炭化層，作為對聚合物的額外保護(hù)[ 87 ]。此外，可用于 EVA 的膨脹型阻燃體系引起了很多興趣，由于高絕緣性能，除了提高阻燃性和抑煙性能，以及方便和成本效益 [ 191 , 192 , 193 ]。
7.2.2. 環(huán)氧樹脂 環(huán)氧樹脂是一種有機(jī)大分子，可以在分子間和分子內(nèi)交聯(lián)形成三維 (3D) 聚合物網(wǎng)絡(luò)，使其成為最具適應(yīng)性的熱固性聚合物類型 [ 194 ]。一般來說，環(huán)氧樹脂的應(yīng)用范圍很廣，從一般用途到高性能材料，例如粘合劑、保護(hù)和裝飾涂料 [ 195 ]，因?yàn)樗鼈儚幕瘜W(xué)和加工的角度來看具有很高的多功能性，并且能夠?yàn)樘囟ㄒ蟮膶傩粤可矶ㄖ?[ 196 , 197]。事實(shí)上，環(huán)氧樹脂可用于多種材料，例如織物、木材、玻璃和金屬，用于許多家居用品以及結(jié)構(gòu)、電子和建筑應(yīng)用。然而，大多數(shù)應(yīng)用都需要遵守特定的火焰安全法規(guī)。
事實(shí)上，環(huán)氧樹脂的燃燒會導(dǎo)致高速率的熱量和煙霧釋放，這可能會產(chǎn)生嚴(yán)重的后果 [ 198 , 199 ]。因此，在不犧牲其特定應(yīng)用所需的其他性能的情況下，對環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性以提高阻燃性至關(guān)重要。隨著對環(huán)境保護(hù)的日益重視，環(huán)氧樹脂阻燃劑趨向于無毒、高效、系統(tǒng)化和多功能 [ 67 , 200 , 201 ]。基本上，在環(huán)氧樹脂中添加阻燃劑具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括加工簡單 [ 202 ]、成本低 [ 67 ]、原材料來源多樣化 [ 203 ]]，并具有明顯的阻燃效果[ 67 ]。有機(jī)磷、具有膨脹效應(yīng)的含硅化合物、納米復(fù)合材料和含金屬化合物是環(huán)氧樹脂常用的阻燃劑 [ 204 ]。
目前報道的基于聚合物的阻燃劑除了對環(huán)氧樹脂的機(jī)械性能或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度幾乎可以忽略不計的負(fù)面影響外，還能夠?yàn)榄h(huán)氧樹脂提供阻燃性、低可燃性、耐熱性、放熱率和熱穩(wěn)定性。樹脂[ 205、206、207、208 ]。還發(fā)現(xiàn)用于環(huán)氧樹脂的阻燃體系產(chǎn)生明顯更多和更強(qiáng)的炭，具有更好的均勻性和更小的平均氣泡尺寸。
7.2.3. 聚酰胺聚酰胺是一種工程熱塑性塑料，具有化學(xué)、機(jī)械、成型和電絕緣特性 [ 209 ]。許多工業(yè)應(yīng)用中使用的典型聚酰胺之一是聚酰胺-6,6，主鏈上有許多酰胺鍵，使其具有良好的加工性能、低熔體粘度、優(yōu)異的熱和機(jī)械性能、強(qiáng)的耐化學(xué)性和耐電性，以及作為疲勞和耐磨性 [ 210 , 211 ]。然而，聚酰胺 6,6 具有易燃性和冒煙問題，危害人類和環(huán)境，因此限制了其在高溫領(lǐng)域的廣泛使用 [ 212 ]。
因此，提高聚酰胺6,6的阻燃性是提高其阻燃性的關(guān)鍵。在聚酰胺 6,6 制造中添加聚苯醚可以解決燃燒和煙霧釋放問題，因?yàn)檫@種物質(zhì)是一種無定形聚合物，由于其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，具有出色的熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度和阻燃性 [ 213 ]。此外，已發(fā)現(xiàn)添加型和反應(yīng)型有機(jī)磷阻燃劑均可提高聚酰胺 6,6 的阻燃性能[ 214 ]。
另一方面，眾所周知，在另一種類型的聚酰胺（聚酰胺 6）中加入納米粘土（層狀硅酸鹽）可以提高阻燃性能，這通常被定義為峰值熱釋放率的降低和熱釋放率的增加。炭的形成 [ 215 , 216 ]。此外，當(dāng)與傳統(tǒng)的阻燃添加劑結(jié)合使用時，可以觀察到協(xié)同效應(yīng)，從而有可能降低阻燃劑濃度，以達(dá)到規(guī)定的整體阻燃水平 [ 217 ]。許多先前引用的參考文獻(xiàn)提供的證據(jù)表明，當(dāng)粘土和阻燃劑的分散最大化時，會出現(xiàn)較佳的阻燃性能 [ 215 , 218 ]。
除此之外，基于己內(nèi)酰胺的聚酰胺 6 基體材料在長纖維增強(qiáng)汽車復(fù)合材料中的新興應(yīng)用需要有效地降低可燃性。因此，嚴(yán)格的安全法規(guī)要求使用阻燃劑，以防止火焰蔓延、熱量釋放和有毒煙霧的形成，并保持復(fù)合材料的承載能力 [ 68 , 219 ]。通常，將阻燃劑添加到這種聚合物基體中，這會影響基體的粘度，從而產(chǎn)生一種能夠減緩傳熱速率的化合物 [ 52 ]。
7.2.4. 纖維素纖維素是一種有機(jī)生物相容性和可生物降解的聚合物，可用于多種應(yīng)用，例如醫(yī)藥、水處理和食品包裝 [ 220 ]。通常，纖維素納米晶體 (CNC) 是通過纖維素纖維（即鹽酸、硫酸、硝酸和磷酸）的酸水解制備的 [ 221 ]。其獨(dú)特的光學(xué)和機(jī)械性能引起了全球科學(xué)界的興趣。然而，在某些需要高溫操作的應(yīng)用中，纖維素會出現(xiàn)熱降解，這會導(dǎo)致熱量產(chǎn)生 [ 222 ]。
有兩種機(jī)制可以點(diǎn)燃纖維素形成火焰。150 °C 或更高的溫度會導(dǎo)致纖維素?zé)峤到鉃橐簯B(tài)、氣態(tài)、焦油狀和固態(tài)產(chǎn)品。然后，揮發(fā)性易燃?xì)怏w點(diǎn)燃并提供額外的熱量，以進(jìn)一步將液體和焦油熱解成更易燃的蒸氣并形成殘留物，主要是碳質(zhì)炭和水-二氧化碳?xì)怏w混合物。重復(fù)這個過程，直到只剩下碳質(zhì)殘留物 [ 223 , 224]。同時，第二種途徑使用來自熱解的碳質(zhì)炭，并在較低溫度下運(yùn)行。生成的炭在緩慢且局部的過程中被氧化，稱為熾熱或陰燃燃燒?；旧希幦既紵赡馨l(fā)生在燒焦區(qū)域或消耗整個基材，作為固體前沿而不是氣相中的火焰移動[ 225 ]。
為了解決這個問題，硼酸、五水硼砂或十水硼砂、磷酸銨、硫酸銨、三水鋁、硫酸鋁和石膏可用作纖維素的化學(xué)阻燃劑[ 226、227、228 ]。在大多數(shù)情況下，這些化學(xué)品與兩種或三種不同的化學(xué)品結(jié)合使用。為了更好地了解阻燃性這一主題，有必要了解上述阻燃劑所展示的各種阻燃機(jī)制，這是對絕大多數(shù)纖維素應(yīng)用而言可靠的子主題。其中一種機(jī)制包括通過增加隔熱性來降低對周圍環(huán)境的熱損失，以提高基板的能源效率 [ 229]。此外，由于其高絕緣價值、易于安裝和低成本，纖維素松散填充絕緣是一種流行的絕緣材料[ 230、231 ]。
