鹵素主要指元素周期表中的第ⅦA主族元素,包括氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)、砹(At)。由于砹(At)是人工合成的放射性元素,在自然界幾乎不存在,所以通常說的鹵素指的是前四項。鹵素的性質(zhì)
鹵素是活潑的非金屬元素,如下圖所示,鹵素最外層都是7個電子,結(jié)構(gòu)的相似性決定了化學(xué)性質(zhì)的相似性,導(dǎo)致碳鹵鍵(C-X)成為一個極性共價鍵,在極性試劑電場的誘導(dǎo)下極化,導(dǎo)致其容易異裂而發(fā)生各種化學(xué)反應(yīng)。
這四種元素在聚合物材料中,一般以有機化合物的形式存在。
鹵素的應(yīng)用
有機鹵化物具有優(yōu)異的阻燃性、溶解性以及反應(yīng)活性,在多個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。
鹵素的應(yīng)用
鹵素阻燃的原理是鹵化物燃燒時會在表面釋放出鹵化氣體,隔絕氧氣,從而使火熄滅。鹵素阻燃劑可主要分為溴系阻燃劑(BFR)和氯系阻燃劑(CFR)。
常見的溴系阻燃劑的如四溴雙酚A(TBBPA),多溴聯(lián)苯(PBBs),多溴二苯醚(PBDEs)等,優(yōu)點主要是:
(1)阻燃效率高,添加量少,對材料的加工性能和理化性能影響較小;
(2)分散性好,與材料有較好的相容性;
(3)有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和水不溶性。
常見的氯系阻燃劑如氯化石蠟,氯化脂環(huán)烴等,由于其價格低廉,目前仍是大量使用的阻燃劑。
PVC(聚氯乙烯)
PVC是以聚氯乙烯樹脂為原料,加入其他添加劑而制成的合成塑料。與其他以碳氫為主要組成元素的塑料制品不同,氯在PVC中占比大約56.8%,氯的存在使聚氯乙烯與其他許多物質(zhì)相兼容,并且有助于延緩塑料的燃燒。
鹵素的危害
(1)鹵化物在燃燒時釋放的鹵化氣體(氟、氯、溴、碘)除了其自身很強的毒性影響人類的呼吸系統(tǒng),隨之引起的能見度下降導(dǎo)致人員無法識別逃生路徑;
(2)這種氣體遇到水蒸氣會生成鹵化氫,對一些設(shè)備和建筑物造成腐蝕;
(3)含氯塑料不完全燃燒時會產(chǎn)生二噁英;
(4)據(jù)相關(guān)研究表明,臭氧層的破壞和臭氧空洞的出現(xiàn)主要是由于人們向空氣中排放大量的廢氣造成的。如CFCs(氟氯烴)、Halon(全溴氟烴)、CCl4、甲基氯仿、溴丙烷等。這些物質(zhì)一旦進入大氣就很難除去,帶來長久的破壞。
近年來,以歐盟為首的國際綠色環(huán)保指令及眾多法規(guī)公約限制鹵化物的生產(chǎn)和使用。目前,業(yè)內(nèi)對于鹵素的管控要求只針對氯元素及其化合物,溴元素及其化合物,特殊客戶要求除外。對于許多來源不同的鹵素,大多數(shù)機構(gòu)采用國際電工委員會(IEC)制定的IEC
61249-2-21:2003標準。
鹵素檢測方法
一定質(zhì)量的樣品在氧彈中經(jīng)過有氧密閉燃燒后,其中的鹵代物可以有效轉(zhuǎn)化為能被水溶液吸收或溶解的氟化物、氯化物、溴化物、碘化物,再通過離子色譜法來進行定量分析。