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硅系阻燃剂 磷系阻燃剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2016-11-19 10:52:07
硅系阻燃剂因有害性低而受到人们的关注。硅系阻燃剂按组成结构可分为无机硅和有机硅阻燃剂两大类。

前者主要为SiO2,兼有补强和阻燃作用,其阻燃机理是:当塑料燃烧时形成SiO2覆盖物, 起到绝热和屏蔽双重作用。SiO2很少单独使用,常与卤化物并用。有机硅系阻燃剂是一种新型的无卤阻燃剂,也是一种成炭型抑烟剂。

它作为一类高分子阻燃剂,具有高效、无毒、低烟、防滴落、无污染等特点,尤其是因它本身为高分子材料,因此对制品的性能影响很小。

硅系阻燃剂阻燃机理是:当塑料燃烧时有机硅分子中的Si-O键形成Si-C键,生成的白色燃烧残渣与碳化物构成复合无机层,可以阻止燃烧生成的挥发物外逸,阻隔氧气与树脂接触, 防止熔体滴落,从而达到阻燃的目的。

目前市场上提供的有机硅系阻燃剂主要有美国 GE 公司的 SFR-100, 它是一种透明、粘稠的硅酮聚合物,可与多种协同剂(硬脂酸盐、多磷酸胺与季戊四醇混合物,氢氧化铝等) 并用,已用于阻燃聚烯烃,低用量即可满足一般阻燃要求,高用量可赋予基材优异的阻燃性和抑烟性,使被阻燃材料可用于防火要求严格而以前的阻燃体系不能适用的场所,其主要对聚烯烃具有良好的阻燃效果,同时改进了树脂的加工性能和机械性能,可赋予其特别优异的阻燃性和抑烟性,用于普通阻燃体系不能适用的场合。

随着环保呼声的日益高涨,硅系阻燃剂以及以硅阻燃剂为基础的复合物将是今后无卤化阻燃剂的主要开发趋势之一。


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磷系阻燃剂在无卤阻燃剂中占有重要的地位,按组成和结构可分为无机磷和有机磷系阻燃剂。前者主要是红磷和聚磷酸铵,后者主要是磷酸酯和膦酸酯。

红磷是一种性能优良的无机磷阻燃剂,具有高效、抑烟、低毒的阻燃效果,但易吸潮、氧化,并放出剧毒的气体,粉尘易爆炸,因而使其应用受到很大的限制。常采用氢氧化铝、金属硫酸盐、合成树脂为包囊壁材,对红磷进行微胶囊化表面处理来改进其性能。

今后红磷表面处理发展方向为:一是通过对包囊的囊材进行改性,使其同时兼具热稳定、增塑和阻燃等功能,发展多功能的微胶囊红磷阻燃剂;二是研究各种阻燃剂与红磷阻燃剂的有效复配关系,并使之微胶囊化,增加阻燃效果,提高材料力学性能;三是红磷具有抑烟效果,可以寻找合适的消烟剂与之进行复配,促进发展消烟技术,因为火灾中抑烟比防火更为重要。聚磷酸铵(APP)也是一种性能良好的无机磷阻燃剂,是目前磷系阻燃剂比较活跃的研究领域。 

APP的P- N 阻燃元素含量高,热稳定性好,产品近乎于中性,另外价廉,毒性低,阻燃性能持久,可单独或与其它阻燃剂复合用于塑料的阻燃。

高温下,APP 迅速分解成氨气和聚磷酸,氨气可以稀释气相中的氧气浓度,从而起阻止燃烧的作用。另外,聚磷酸是强脱水剂,可使聚合物脱水炭化形成炭层, 隔绝聚合物与氧气的接触,在固相起阻止燃烧的作用。有机磷系阻燃剂是阻燃剂中最重要的品种之一,具有阻燃和增塑双重功效,可以使阻燃完全实现无卤化,改善塑料成型中的流动性能,抑制燃烧后的残余物,产生的毒性气体和腐蚀性气体比卤素阻燃剂少。

磷系阻燃剂阻燃机理为:一方面阻燃剂受热分解产生磷酸、偏磷酸、聚偏磷酸,这些物质具有强烈的脱水性,可使聚合物表面脱水炭化,而单质碳不能发生产生火焰的蒸发燃烧和分解燃烧,所以具有阻燃作用; 另一方面阻燃剂受热产生PO?自由基,可大量吸收 H、HO自由基,从而中断燃烧反应。

磷酸酯阻燃剂属于添加型阻燃剂。由于其资源丰富,价格便宜,应用十分广泛。磷酸酯是由相应的醇或酚与三氯化磷反应,然后水解制得。市场上已经开发成功并大量使用的磷酸酯阻燃剂有磷酸三甲苯酯、磷酸三苯酯、磷酸三异丙苯酯、磷酸三丁酯、磷酸三辛酯、甲苯基二苯基磷酸酯等。磷酸酯的品种多,用途广,但大多数磷酸酯产品为液态,耐热性较差,且挥发性很大,与聚合物的相容性不太理想。

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