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硅橡胶无卤阻燃剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2017-1-6 13:29:31
简单介绍了硅橡胶无卤阻燃剂今后的发展趋势,综述了阻燃体系的阻燃机理及其在硅橡胶中的应用。

自1942年硅橡胶工业化以来,硅橡胶的新产品开发已取得长足的进步,市场上出现了众多硅橡胶产品。硅橡胶由于具有独特的化学稳定性、耐高低温性、耐候性、绝缘性及生理惰性等,广泛应用于电子电气、机械、建筑、汽车、化工、航空、航天、船舶等领域。

但是,硅橡胶分子链中含有大量的C和H,所以硅橡胶本身具有可燃性,如遇到明火会持续燃烧,属易燃物,极大的限制了其应用范围。因此,阻燃硅橡胶的开发具有非常重要的理论价值和应用价值。目前,添加硅橡胶无卤阻燃剂是改善硅橡胶阻燃性能的一种有效而简单的方法。

按元素种类划分,常用阻燃剂可分为卤系、氮系、磷一氮系、锑系、无机磷系、卤一磷系、铝一镁系、硅系、硼系、钼系等。目前世界上产量最大的有机阻燃剂是卤系阻燃剂。然而卤系阻燃剂在材料燃烧过程中会放出大量的卤化氢气体等有毒物质,存在腐蚀性强、毒性和烟量大的缺点。

2003年初欧盟颁布了RoHS指令、WEEE指令和新的阻燃法规,使越来越多的国家开始限制或者禁止使用含卤阻燃剂。目前无毒、无卤、高效的阻燃剂或阻燃剂体系的应用前景相当广阔,也势在必行。基于对环保的要求,硅橡胶无卤阻燃剂受到关注。

硅橡胶常用的无卤阻燃剂有铝一镁系阻燃剂、成炭或促进成炭型阻燃剂、铂系阻燃剂和纳米阻燃体系,本文综述了硅橡胶无卤阻燃剂的研究进展。

添加铝、镁系阻燃剂的阻燃硅橡胶阻燃硅橡胶中应用最多的铝、镁系添加型阻燃剂当属氢氧化镁[Mg(OH)2]和氢氧化铝[A1(OH)3]。其中A1(OH)3在230—300℃会受热脱水和发生相变,吸热量2kJ/g,具有阻燃性、抑烟性、无毒、无腐蚀、高温下无有毒气体产生的特点。

Mg(OH)2的起始分解温度接近300℃,比Al(OH)3高80℃左右,但分解吸热量略低于AI(OH)3,约为1.7kJ/g。将Mg(OH)2和A1(OH)3添加到硅橡胶中,稀释了固相中有机硅聚合物的浓度,减少了可燃物质的生成量;其较高的分解温度可增加硅橡胶升温达到分解温度所需的热量,且在高温受热时能分解产生水并吸收很大热量,从而提高了硅橡胶分解所需的活化能;高温分解产生的水蒸气覆盖在燃烧层表面,稀释了可燃物和氧气的浓度;最后,分解残留的金属氧化物可增大凝聚相的黏度,从而阻隔和抑制挥发性可燃物的传输。


磷酸三苯酯tpp是种含磷元素的无卤环保型阻燃剂,面上大多数产品为自色片状结晶,改产品为自色结晶性粉末,也更用于溶解于有机溶剂,TPP不溶于水,溶于苯、氯仿、醚和而酮,微溶于Z醇。微具芳香气味,微有潮解性,不易燃烧。熔点约50℃,受热时快速熔化成箍状,润精效果极佳,常作为阻燃增塑润精剂使用。它在许多塑料和树脂用作阻燃剂,如酚醛树脂,环氧树酯等。


为了改善Mg(OH)2和A1(OH)3阻燃剂的耐热性、消烟性和与基体的相容性等,该系阻燃剂正向细微化[如超细A1(OH)3、纳米Mg(OH)2]、高纯化、表面活化(如各种偶联剂表面改性)、纤维化[如纤维状、片层状Mg(OH)2和A1(OH)3]和协同复配方向发展。

张琦等人将片层状纳米Mg(OH)2添加到热硫化(HTV)硅橡胶中,当Mg(OH)2的添加量达到80份时,HTV硅橡胶的氧指数增大到30%,且其拉伸强度从0.4MPa左右增大到2MPa; Mg(OH)2分散度越高,与基体的界面作用越强,硅橡胶的物理性能越好。

在张冬海等人制备的室温硫化(RTV)硅橡胶中也用到了超细化阻燃剂,包括纳米Mg(OH)2和Al(OH)3等。

贾丽等人用经硅烷偶联剂处理的Mg(OH)2对脱醇型RTV硅橡胶进行阻燃改性。随着Mg(OH)2用量的增加,硅橡胶的阻燃性能逐步提高;当Mg(OH)2用量为50份时,硅橡胶具有较好的力学性能和阻燃性能;此时,与纯硅橡胶相比,氧指数从23%增大到34.2%,拉伸强度保持在0.74MPa。

郭建华等人比较了未处理Mg(OH)2、有机硅处理Mg(OH)2及硬脂酸处理Mg(OH)2在HTV硅橡胶中的阻燃效果。结果发现,采用经有机硅处理的Mg(OH)2为阻燃剂时,硅橡胶的阻燃效果最优,且对硅橡胶的力学性能和电性能损害较小。

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