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氮-磷复合型阻燃剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2017-9-8 16:30:07
本文介绍氮-磷复合型阻燃剂

氮系型阻燃剂,由于含氮量的限制,导致阻燃效果欠佳,且与热塑性树脂相容性差,不利于在基材中分散,故通常与磷系阻燃剂并用,利用磷-氮的协同效应,制备性能优异的阻燃剂。

氮磷复合阻燃剂的阻燃机理。氮-磷复合型阻燃剂的阻燃机理,一般被认为主要是燃烧时,氮-磷化合物发生了一系列的热分解,即:磷化物※磷酸+挥发性气体+碳化物※焦磷酸+挥发气体+碳化物※偏磷酸+挥发性气体+碳化物※聚偏磷酸+挥发性气体+碳化物焦磷酸与偏磷酸形成保护膜,阻断了氧的供应。另一方面,燃烧时所产生的偏磷酸和聚偏磷酸是强脱水剂,易使被保护的有机物脱水而发生焦化形成碳化薄层。

氮-磷复合型阻燃剂的协同作用是,氮系型阻燃剂受热分解的氨气、水蒸汽、氮气等不燃性气体与焦磷酸保护膜通过发泡作用形成了磷—碳泡沫隔热层,使材料变成膨胀体,大大降低了热传导;大部分磷的氧化物与氮的化合物形成P—N—P、P—O—P,通过P—C等化学键形成1种焦化碳结构的糊状物留在剩碳中,产生覆盖作用,中断燃烧的连锁反应,从而有力地抑制了材料的燃烧。由于协同效应的存在,氮系和磷系阻燃剂的配比可以相互调整。

马志领等研究了阻燃材料结构性质,软化点、阻燃剂种类、结构与阻燃发泡效果、成碳率之间的关系,从新的角度阐释了氮-磷阻燃剂的阻燃 机理。刘军[5]等通过对聚丙烯阻燃性能的研究,揭示了三嗪衍生物结构和成碳规律的关系,发现具有单羟基的三嗪结构,具有最佳成碳效果,深化了阻燃机理的研究。

三聚氰胺磷酸盐类常用的有磷酸三聚氰胺。磷酸双三聚氰胺、焦磷酸三聚氰胺、三聚氰胺磷酸酯等,这是目前合成阻燃剂中最常见的一类。

a.三聚氰胺磷酸盐。市售一般有磷酸蜜胺盐、磷酸二蜜胺盐等,组成不同结构有差异,因而其溶解性、热稳定性和分散性不同,阻燃效果也不一样。其阻燃效果比聚磷酸胺好,具有耐候性。主要用于建筑特别是钢结构涂料中。

b.三聚氰胺焦磷酸盐。用磷酸处理三聚氰胺,再于250~270℃加热可制得用于有效阻燃聚氨酯塑料的三聚氰胺焦磷酸盐,解决了其他大多用于纺织、纤维和塑料的阻燃剂不能有效阻燃聚氨酯的难题。



磷酸三(2-氯乙基)酯(阻燃剂TCEP)

外观:纯净的磷酸三(2-氯乙基)酯为无色或淡黄色油状透明液体,具有淡奶油味。

折光率(n20D)1.4731

沸点194℃,闪点225℃

凝固点-64℃

分解温度240-280℃

粘度38-47厘泊(20℃)

磷含量10.8%

氯含量37.3%,与一般有机溶剂(如醇、酮、芳烃、氯仿等)相溶,不溶于脂肪族烃,几乎不溶于水、且水解稳定性良好,在碱性溶液中有少量分解,本品无明显腐蚀性。

磷酸三(2-氯乙基)酯(阻燃剂TCEP)用途

1.磷酸三(2-氯乙基)酯具有极佳的阻燃性,优良的抗低温性及抗紫外线性,其蒸气只能在225℃以上用明火直接点燃方可燃烧,但移走火源则即刻自熄。以本品为阻燃剂不但可提高被阻燃材料的材料级别,而且可改善阻燃材料的耐水性、耐酸性、耐寒性及抗静电性。常用于阻燃以硝基纤维和醋酸纤维为基材的油漆涂料,不饱和聚酯、聚氨酯、丙烯酸酯、酚醛树脂等,也可用于软质聚氯乙烯的增塑阻燃剂。本品用于不饱和聚酯添加量为10%~20%,在聚氨酯硬泡沫塑料(以阻燃聚醚为原料)中可为10%左右,在软质聚氯乙烯中用作辅助增塑阻燃剂时为5%~10%。阻燃剂、铀、钍、钚、锝等稀有金属的分离溶剂或萃取剂。

2.本品广泛用于化纤织物、醋酸纤维素作阻燃剂,除具有自熄性外,还可改善耐水性、耐寒性及抗静电性。一般用量5~10份。本品为合成材料的优良阻燃剂,兼具有良好的增型作用,广泛用于醋酸纤维素、硝基纤维清漆、乙基纤维素、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯、聚氨酯、酚醛树脂等,所制得的产品除具有自熄性外,还可改善制品的物理性能,制品手感柔软,也可称为石油添加剂和稀有元素的萃取剂,并且还是阻燃橡胶输送带的主要阻燃材料,一般添加量为5%~10%。

3.用作添加型卤代磷酸酯类阻燃剂和增塑剂。分子中同时含磷和氯,阻燃效果显著,不易挥发及水解,对紫外线稳定性好。适用于酚醛树脂、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯、聚氨酯等。也用作硝酸纤维素涂料的阻燃剂、聚氯乙烯阻燃性增塑剂、金属萃取剂、汽油添加剂及聚酰亚胺加工助剂等。能够改善耐水性、耐候性、耐寒性、抗静电性。参考用量5%~20%.


c.磷酸酯三聚氰胺盐。设计合成了具有笼状结构的磷酸酯三聚氰胺盐。这种膨胀阻燃剂含有丰富、比例合理的碳源、气源和酸源,同时由于P原子上的羟基受到庞大的笼形磷酸酯的空间效应作用,也明显改善了其吸潮性。国内北京理工大学的欧育湘教授也合成了一系列环状或笼状阻燃剂并提高了合成物的产率。

双氰胺磷酸盐。双氰胺磷酸盐主要用于木材、纤维素类材料的处理,在建材和家具、装饰材料领域也有广泛的用途。利用双氰胺和磷酸(通常与甲醛三者共聚)合成的阻燃剂,具有抑烟、阻燃、防腐等多种效能和环境保护特性。

磷酸胍盐类。磷酸胍可分为磷酸一胍、磷酸二胍、磷酸三胍,三胍不易合成;缩合磷酸胍,又称聚磷酸胍;磷酸双胍,它是双胍的盐,其结构复杂。 在胍基化合物中,氰基胍常与其他物质混合使用,用作阻燃剂。与磷酸混合后,可用于人造纤维织物阻燃,能使氧指数从20提高到36~52.5,并且纤维强度没有明显变化;与氨基亚磷酸混合,用做氨基树脂涂层的阻燃剂;与磷酸、甲醛、脲混合用做聚乙烯的阻燃剂,效果优异,且不影响其力学性能。

陈静等利用自制的缩合磷酸胍对浸渍绝缘纸进行阻燃处理,可以获得良好的阻燃性能。

当缩合磷酸胍阻燃剂在浸渍绝缘纸的添加量为11.3%时,其权限氧指数可达30.5;而45°燃烧性试验的碳化长度仅为6.5cm;样品离火后没有火焰燃烧和阴燃现象,说明缩合磷酸胍不仅有良好的阻燃和抗阴燃作用,并且对其他性能影响小,完全符合国家标准。

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