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無(wú)鹵、無(wú)鹵阻燃劑這類(lèi)的詞我們都很熟悉,那么,無(wú)鹵是什么概念?為什么要無(wú)鹵?
無(wú)鹵是什么概念?
鹵素(halogen)在元素周期表中列第ⅦA族,屬非金屬元素,包括氟(Fluorine)、氯(Chlorine)、溴(Bromine)、碘(Iodine)、砹(Astatine)五種元素,元素符號(hào)分別為F(氟)、Cl(氯)、Br(溴)、I(碘)、At(砹),其中砹為放射性元素,因此,常說(shuō)的鹵素是指氟、氯、溴、碘四種元素,在產(chǎn)品中特別是聚合物材料中通常以有機(jī)化合的的形式存在。
無(wú)鹵概念的來(lái)源:歐盟(European Union)在歐盟電子電機(jī)中危害物資禁用 (Restriction of the Use of Hazardous Substances in electrical and electronic equipment, 簡(jiǎn)稱(chēng)RoHS) 指令中決定在 2006 年7 月 1 日全面禁止PBB (Polybrominated Biphenyls) 及PBDE (Polybrominated Diphenyl Ethers) 等溴系阻燃劑的使用。
無(wú)鹵Halogen Free or Non-Halogen,根據(jù)法規(guī)IEC 61249-2-21的要求:溴、氯含量分別小于900ppm ,且溴與氯的含量總和小于 1500ppm,為無(wú)鹵。
鹵素經(jīng)常作為阻燃劑,應(yīng)用于電子零組件與材料、產(chǎn)品外殼、塑膠等。此種阻燃劑無(wú)法回收使用,而且在燃燒與加熱過(guò)程中會(huì)釋放有害物質(zhì),威脅到人類(lèi)身體的健康、環(huán)境和下一代子孫。因此在對(duì)鹵素含量的限制上,各國(guó)都在采用相應(yīng)的方法進(jìn)行努力,這就是無(wú)鹵化。
為什么無(wú)鹵化?
1、含鹵有機(jī)物本身固有的毒性對(duì)環(huán)境和人類(lèi)健康存在威脅。
2、在塑料等聚合物中添加鹵素主要是用以提高燃點(diǎn),它比普通聚合物材料燃點(diǎn)高,太約在300℃,燃燒時(shí),會(huì)散發(fā)出鹵化氣體,迅速吸收氧氣,從而使火熄滅。但是,據(jù)統(tǒng)計(jì)火災(zāi)中的死亡人數(shù)有80%是窒息所致,導(dǎo)致窒息的是煙霧中的有害物質(zhì),而含鹵阻燃劑的塑料制品是主要來(lái)源。含鹵素的阻燃材料,廢棄著火燃燒時(shí),會(huì)放出二惡英、苯呋喃(Benzfuran)等,發(fā)煙量大,氣味難聞,高毒性氣體,致癌,攝入后無(wú)法排出,不環(huán)保,影響人體健康。
3、含鹵有機(jī)廢棄物燃燒處理過(guò)程時(shí)會(huì)造成二次污染,產(chǎn)生二惡英等劇毒的有機(jī)物。
4、塑料在注塑成型過(guò)程中,鹵素會(huì)釋放出鹵化氫,腐蝕模具。
5、含鹵的阻燃材料在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量有毒氣體(如二惡英,呋喃DIOXIN),破壞環(huán)境,且在環(huán)境中能存在多年,甚至終身累積于生物體,無(wú)法排出,因此,不少?lài)?guó)際大公司都在積極推動(dòng)完全廢止含鹵素的材料。
注:二噁英又音譯為戴爾辛,是四氯二苯并-P-二惡英(PCDDs)和多氯二苯并呋喃(PCDFs)兩類(lèi)物質(zhì)的總稱(chēng)。因其毒性是氰化鈉的130倍、砒霜的900倍,被稱(chēng)為“毒中之毒”。
無(wú)鹵阻燃劑阻燃機(jī)理
關(guān)于阻燃劑的阻燃機(jī)理,之前有文章介紹過(guò)。無(wú)鹵阻燃劑是比較常遇到的,這里主要介紹一下。磷-氮系膨脹型阻燃劑是無(wú)鹵阻燃劑的代表,其阻燃機(jī)理一般包括三部分,即碳源(常為多羥基化合物,如季戊四醇)、酸源(如聚磷酸銨,即APP)及發(fā)泡劑(如三聚氰胺),它們是通過(guò)下述相互作用而形成炭層的:
(1)在較低溫度(150℃左右,具體溫度取決于酸源和其他組分的性質(zhì))下,有酸源產(chǎn)生能酯化多元醇和可作為脫水劑的酸;
(2)在稍高于釋放酸的溫度下,酸與多元醇(碳源)進(jìn)行酯化法反應(yīng),而體系中的胺則作為此酯化反應(yīng)的催化劑,加速反應(yīng)進(jìn)行;
(3)體系在酯化反應(yīng)前或酯化反應(yīng)過(guò)程中熔化;
(4)反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的水蒸氣和氣源產(chǎn)生的不燃性氣體使已處于溶融狀態(tài)的體系膨脹發(fā)泡。與此同時(shí),多元醇和酯脫水炭化,形成無(wú)機(jī)物及炭殘余物,且體系進(jìn)一步膨脹發(fā)泡;
(5)反應(yīng)接近完成時(shí),體系膠化和固化,最后形成多孔泡沫炭層。
針對(duì)鹵素,世界上多個(gè)國(guó)家和組織有出臺(tái)名種針對(duì)鹵素的法規(guī),許多非政府的組織的綠色環(huán)保機(jī)構(gòu)也正在積極的推動(dòng)無(wú)鹵化行動(dòng),同時(shí)一些大型跨國(guó)公司與都制定了與之對(duì)應(yīng)的環(huán)保要求,包括Dell、HP、Apple、Intel、AMD等公司亦聲明導(dǎo)入無(wú)鹵素材料,由此可見(jiàn)無(wú)鹵化要求已成為全球發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。