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氮磷膨胀型阻燃剂阻燃机理

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2016-10-23 14:13:19
氮磷膨胀型阻燃剂阻燃机理可分为凝聚相阻燃和气相阻燃。

氮磷膨胀型阻燃剂阻燃机理(1)凝聚相阻燃;这是氮磷膨胀型阻燃剂的主要阻燃作用,其机理为:在较低的温度下(150℃左右,具体温度取决于酸源和其它组分的性质),由酸源释放出能酯化多元醇和可作为脱水剂的无机酸,在温度高于释放酸的温度下,无机酸与多元醇发生酯化反应,催化剂为体系中的胺,其加速酯化反应。此时,体系在酯化前或酯化过程中熔化。且体系中生成的水蒸气和由气源产生的不燃性气体如:NO和NH3(吸热,降低材料表面的温度,并且隔绝氧的进入),使熔融状态的体系膨胀发泡。同时多元醇和酯脱水成炭,体系进一步发泡,反应接近完成时,体系胶化和固化,形成多孔泡沫炭层。为了发泡,各步反应必须几乎同时发生,但又必须按严格的顺序进行。

氮磷膨胀型阻燃剂阻燃机理(2)气相阻燃;磷-氮-碳体系的胺类化合物受热可分解 产生氨气、 水蒸气、氮氧化合物,前两种气体可稀释火焰区的氧浓度,后者可使燃烧赖以进行的自由基淬灭而使链反应终止。同时自由基也可能与组成泡沫体的微粒碰撞,相互反应生成稳定的分子,致使链反应中断。

氮磷膨胀型阻燃剂根据组成不同,可分为 单组分氮磷膨胀型阻燃剂、 混合型氮磷膨胀型阻燃剂、协同或改性氮磷膨胀型阻燃剂。

单组分氮磷膨胀型阻燃剂是先将酸源、碳源和气源通过化学合成方法集结到一个大分子上(有时仅酸源 和碳源也可组成氮磷膨胀型阻燃剂) ,然后再以熔融混合的形式添加到材料中或将其官能团与材料中的基团反应结合

膨胀型阻燃剂可分为环状、笼状及非环非笼状三大类型,能有效地减少添加量,降低吸潮性,而且热稳定性好,还可以通过与高分子单体接枝共聚,很好地解决氮磷膨胀型阻燃剂与高分子之间的不相容性问题。


磷酸三苯酯tpp生产工艺

三氯氧磷直接法(热法)和三氯化磷间接法(冷法)。

(1)热法  将苯酚溶解在吡啶和无水苯溶剂中,在不超过10℃以下,缓缓加入三氯氧磷,然后在回流湿度下反应3-4h,冷却至室温后,反应物经水洗回收吡啶,用于燥硫酸钠脱水,过滤除硫酸钠,常压下蒸馏回收苯;减压蒸馏收集243-245℃/1.47KPa的馏分,经冷却、结晶、粉碎即得成品。

 ( 2 )冷法  将苯酚溶解在吡啶和无水苯溶剂中,然后于40℃下滴加三氯化磷生成,继续在70℃下通入氯气生成二氯代磷酸三苯酸,再于80℃下进行水解生成磷酸三苯酯。水解物经水洗、碱中和、浓缩后进行减压蒸馏得成品。精制方法:常含有苯酚、磷酸和酸性磷酸苯酯等杂质。用乙醇或乙醇与溶剂汽油的混合液进行重结晶精制。


世界上已经商品化的单组份氮磷膨胀型阻燃剂有美国GreatLake公司开发的CN-329(季戊四醇、三氯氧磷和三聚氰胺为原料制得),Borg-Warner化学品公司开发的Melabis。国内北京理工大学、中山大学、中国科技大学、上海消防科研所、安徽化工研究院对此进行了研究,但国内单组分的氮磷膨胀型阻燃剂商品化的并不多,主要以聚磷酸胺型组分为主。

CN-329适用于聚丙烯(PP),在PP的加工温度下比较稳定,且具有良好的电性能。在添加量为30%时,材料氧指数 (LOI) 可达34,达到不燃水平,可见CN-329是一种良好的PP阻燃剂。

混合型氮磷膨胀型阻燃剂是由酸源、碳源和气源的两种或三种以物理形 式混合而成的阻燃剂,以磷、 氮为主要阻燃成分,不含卤素和氧化锑。其优点是添加量少,不产生融滴,生烟量少,不生成有害和腐蚀性气体,不易起霜。缺点是它由各组分复配混合而成,其间的配比极其复杂,不易控制,并且复配混合体系还具有易吸潮、 热稳定性差、总添加量大,与聚合物相容性差、 以及相态分布不均匀等缺点。

马志领等将五氧化二磷(P2O5)、季戊四醇(PER)和三聚氰 胺(MEL )按比例混合升温至130~220℃,保温3h得到混合型的氮磷膨胀型阻燃剂,用于聚烯烃的阻燃处理,发现随氮磷膨胀型阻燃剂中P2O5比例增加,聚烯烃的阻燃性明显提高,力学性能先升高,后又下降。

随着高聚物材料阻燃化处理技术的不断发展,对阻燃剂的综合性能指标的要求也越高,既要达到规定的难燃级别,又要有良好的物理机械强度、非腐蚀性、少烟性、光稳定性、耐老化性及耐热稳定性等。由于膨胀阻燃体系是均匀地分散于聚合物中,故聚合物在燃烧时,各组分又能协同起作用。故未来的膨胀型阻燃剂(IFR)的发展趋势为:(1)热稳定性高,满足聚合物高温加工成型的需要;(2)从极性相似相容的原则考虑,应对IFR进行表面处理,使其易于分散,在燃烧时可形成覆盖于基材表面上的均匀致密的膨胀炭质层;(3)集酸源、碳源和发泡源于一身的/三位一体0IFR。

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