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红磷与阻燃剂

发信人: vivian123 版面: 人文学术浏览: 28824 回复: 0

1 楼 vivian123 发表于: 2016/5/23 15:45:26 编辑

化工生产与应用当中，我们经常会听人说白磷、黄磷、红磷，从它们的名字可以看出，就是不同颜色的磷。不过，白磷与黄磷指的是一种物质，黄磷是白磷被部分氧化形成的黄色蜡状固体，而从化学上讲，白磷与红磷属于同素异形体，就如金刚石跟石墨一样，属于同一种元素的不同单质。对于白磷我们之前已经详细介绍过（详参本网博客板块《白磷漫谈》），今天介绍一下与它组成相同，结构相异的红磷，主要说一下它作为阻燃剂的各种特性。
结构与性质

化学上说结构决定性质，由于红磷与白磷有着迥异的结构，它们的性质也不尽相同。红磷空气中稳定，白磷则在空气中自燃；红磷基本无毒，白磷则有剧毒；红磷可作阻燃剂，白磷可作燃烧弹。结构组成上，白磷由P4分子组成，分子中的磷原子为正四面体结构，红磷也由P4分子组成，但其组成分子的键有一个断开并聚合，形成高分子结构，因此，可以说红磷是一种无机高分子物质。其分子式可以写成为（P4）n（n表示聚合度）。注：白磷隔绝空气加热可生成红磷。
红磷（RP），或者说赤磷，外观为红色至深紫红色粉末，不溶于水、稀酸和很多有机溶剂，却微溶于无水乙醇、三溴化磷和氢氧化钠水溶液。红磷空气中加热至200℃时着火生成P2O5，此外，红磷在氯气中受热时也能燃烧。由于红磷中磷元素处于低价态（零价），在与KClO3、KMnO4、过氧化物及其它强氧化剂共混时，若条件合适将可能发生爆炸。

红磷燃烧
含磷量最高的阻燃剂
阻燃剂，在抗击火灾方面成绩斐然，其种类也繁芜多杂，按所含的功能成分可以分为卤系阻燃剂、磷系阻燃剂和其它阻燃剂，磷系阻燃剂，其应用十分广泛，地位仅次于卤系阻燃剂，而随着不明真相的人们对卤系阻燃剂的指责与质疑以及各卤系垄断公司的提价，磷系越来越受到宠爱。红磷作为磷系阻燃剂的一员，因为只含有阻燃元素磷，所以比其他磷系阻燃剂的阻燃效率高，而且即便阻燃剂用量甚低时也是如此。在某些情况下，红磷的阻燃效率甚至比卤系阻燃剂还略胜一筹。
此外，有报道称，对于PET（聚对苯二甲酸乙二酯）的阻燃，任何磷系阻燃剂都不能与红磷匹敌。对于基材而言，添加的阻燃剂毕竟是外物，如果双方配合性较差，很容易对基材本身优异的使用性能造成破坏。而红磷，加入少量即可达到要求的阻燃性能，所以被阻燃基材原有的优异性更易于保持。另外，红磷熔点高，溶解性较差，较之于其它阻燃剂，这有益于高聚物某些物理性能的保持。最后，红磷的发烟量较小，毒性较低，适用面较广，可单独使用，也可与其他阻燃剂共用，可广泛应用于阻燃聚烯烃、聚苯乙烯、聚酯、聚氨酯、尼龙、聚碳酸酯、聚甲醛、环氧树脂、橡胶、纺织品等。
红磷阻燃的问题

建筑火灾
俗话说“金无足赤，人无完人”，作为阻燃剂的红磷，也存在许多缺点，主要有如下六个方面：
（1）基材腐蚀，红磷可以作为干燥剂使用，有较强的吸水性，吸水之后生成H3PO2、H3PO3、 H3PO4等物质，此时，红磷因粘度增加而失去流动性，吸水产生的磷酸属于更易吸水的物质，以至于最后变成稀泥状物质。所以，当红磷添加到高分子材料中，随着时间的推移，在材料表层的红磷会因吸潮氧化而使制品表面被腐蚀，进而失去光泽和原有的一些性能，更为严重的是，这种腐蚀会慢慢向材料内层扩展。
（2）难以相容，无机有机素来难以相容，作为无机物的红磷与有机树脂相容性自然不好，不仅难以分散，而且会出现离析沉降，使树脂的粘度上升，这对树脂的后续处理和使用（浇注、浸渍、挤压等）带来许多不便，严重时，会导致材料的性能下降。
（3）污染环境，物质的性质稳定，一般是相对的（哲学层面上讲，稳定是相对的，不稳定是绝对的），因此，当红磷长期与空气接触时，会发生缓慢化学反应，在生成磷的含氧酸同时，还将放出剧毒PH3气体，从而对环境造成污染。
（4）应用限制，由于红磷的吸湿性和不稳定性，当其添加到塑料制品中时，会影响制品的物理性能，尤其对弱电元件的漏电性和高压元件的绝缘性影响更大，从而限制了红磷在电元件领域的阻燃应用。
（5）燃烧爆炸，虽然红磷可以作为阻燃剂使用，但是它本身是可燃的，特别是当红磷受到冲击时，更易被引燃，因此，干燥的红磷粉尘具有燃烧及爆炸危险，在我国也被列为危险化学品。
（6）着色基材，与其它白色阻燃物质相比，红磷的深紫红色易使被阻燃的制品着色，导致生产的制品颜色难以控制或者是增加了颜色调配的成本。
以上的缺点严重限制了红磷的直接应用，也对技术研发提出了不同程度的挑战。
后记
关于红磷的性质与在阻燃剂方面的应用，我们做了简单介绍，而对于红磷的阻燃机理，以及红磷在使用中存在的问题的解决办法（主要涉及红磷的包覆与微胶囊化技术），我们将在下次介绍，记得关注哦。

参考资料：
1. 好磷网—磷字典
2. 好磷网—磷资讯
3. 百度图片
4. 百度百科
5. 《微胶囊红磷阻燃剂的制备工艺研究》桑洁