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硅氧基团共聚物阻燃剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2017-9-6 16:58:48
硅氧基团共聚物阻燃剂大多数是聚硅烷,更多的是聚二甲基硅烷。已研究的硅氧基团共聚物阻燃剂有PC、聚苯乙烯(PS)、聚醚酰亚胺(PEI)、双酚F型聚碳酸酯(BPFPC)、聚氨酯(PU)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等。研究结果显示,硅氧基团共聚物阻燃剂耐热、阻燃性能特别好,阻燃级别均达到UL94V-0级。

为研究硅氧基团共聚物阻燃剂中硅氧基团的含量与其阻燃性能的关系,研究人员对不同的聚酯、聚酰亚胺与PDMS的嵌段共聚物做了细致研究。结果表明:硅烷含量大于15%时,共聚物的氧指数不随硅烷含量的增加而升高。他们还发现该类共聚物的抗冲击强度得到了改善。

这类共聚物的阻燃机理存在争议,有待进一步研究。

有文献报道,硅氧基团促进基材燃烧时炭的生成,只对成炭型的共聚物有用,因为本身不成炭的PU在增加硅氧链后,成炭量并不增加,而是硅氧链转化为SiO2。另有报道[16],主链中含有硅氧基团的PU与纯PU相比,成炭量是增加的。

含硅接枝阻燃共聚物。接枝共聚技术已用于高聚物材料的阻燃。聚乙烯(PE)、PP、PC、环氧树脂的卤化,甲基丙烯酸甲酯或者丙烯腈单体接枝到丁二烯为基材的聚合物、聚苯乙烯、尼龙6上是接枝共聚技术用于阻燃高分子材料的实例。

运用该技术把硅烷基团接枝到PS、聚乙烯醇(PVA)分子链上,能显著增加炭生成量,提高聚合物的阻燃性能。接枝基团一般选用氯化硅烷、二氯化硅烷。其阻燃机理与共聚物略有不同,除增加炭生成量外,在气相中还可抑制火焰的蔓延。

含硅本质阻燃高聚物引入卤素或磷后,阻燃效果更为理想,原因是卤素、磷与硅具有阻燃协同效应。高温下,卤素、磷促成炭的生成,硅增加这些炭层的热稳定性;并且,用硅氧烷代替硅烷时,磷/硅两元素的阻燃协同作用得到进一步加强。



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%.


该类共聚物阻燃协同元素位于同一分子中,阻燃协同效应比添加型协同阻燃体系要好。这正是此类高聚物的优势。阻燃聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料。聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料(PLS)阻燃性能的系统研究开始于1996年,此阶段人们正在积极寻找新型阻燃剂。

所以,它的阻燃性能一经报道就引起业内人士的兴趣,成为研究热点。纳米级层状硅酸盐添加剂量少(一般为基材质量的2%~5%),分散性好;添加剂与聚合物之间接触面积极大且存在二者界面间的化学键,因而它们具有理想的粘接性能。

所以,复合材料无迁移,无污染,阻燃性能较好;更重要的是其拥有聚合物/无机物纳米复合材料特有的性能,这是常规阻燃添加剂无法比拟的。

PLS具有阻燃性能与其特殊的纳米结构和无机物的纳米级分散有关。MacroZanette及其合作者报道,将同样改性的非纳米级黏土颗粒直接掺入发泡聚丙烯体系,该体系有限氧指数是下降的而不是上升的。

阻燃机理为:燃烧过程中,由于聚合物表面形成多层坚硬的层状硅酸盐排列较为整齐的炭-硅酸盐结构层,以及复合材料本身具有阻隔性能,阻止聚合物热分解生成的挥发性物质的逸出、外界氧的进入、燃烧产生热量的扩散等,使材料获得良好的阻燃性能。如果聚合物链能接枝到硅酸盐层上,二者之间的化学键合力增加,无机物的分散性还会增加,阻燃性能、阻隔性能等也会随之增加。

用有限氧指数、垂直燃烧实验等方法评价其阻燃性能,这种纳米复合材料的阻燃性能并不比纯聚合物好,有时甚至还比较差。因此,PLS离实际应用还有一定的距离。

因硅和卤素、氮、磷有阻燃协同作用,在PLS(与纯高聚物相比)中添加常规卤系、氮系或磷系阻燃剂如聚磷酸铵、十溴二苯醚(DBDPO)/Sb2O3、三聚氰胺等],在不降低阻燃级别的情况下,阻燃剂的用量明显减少。同时PLS的PHRR有所提高,但物理力学性能有所下降。环氧树脂、PE、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯硫醚(PPS)、聚甲醛(POM)等层状硅酸盐纳米复合材料 应用上述方法均能达到UL94V-0级。EVA/层状硅酸盐纳米复合材料中加入氢氧化铝阻燃效果较为理想。

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