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聚苯乙烯的阻燃剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2017-11-8 10:38:19
磷系阻燃剂主要包括有机磷酸酯、红磷以及聚磷酸铵(APP)等,其阻燃机理既有气相机理,也有凝聚相机理,但以凝聚相机理为主。在燃烧时发生分解会生成磷酸的非燃性液态膜,同时磷酸又进一步脱水生成偏磷酸,偏磷酸进一步聚合生成聚偏磷酸。聚偏磷酸具有很强的脱水性,使聚合物脱水炭化,改变了聚合物的燃烧模式,并在其表面形成炭层以隔绝空气,发挥阻燃作用。

聚磷酸铵含磷量大、含氮量高、热稳定性好、吸湿性小、分散性好、毒性低、抑烟,可以作为聚苯乙烯的阻燃剂

聚苯乙烯的阻燃剂的加入对聚苯乙烯的燃烧性能有显著的影响,随着聚苯乙烯的阻燃剂用量的增加,聚苯乙烯的氧指数逐渐增大。

当聚磷酸铵含量为25%时,聚苯乙烯的氧指数达到33.0%,垂直燃烧也能通过UL-94V-0级,属于难燃材料,具有自熄性。目前,聚苯乙烯的阻燃剂聚磷酸铵更多的是应用于膨胀阻燃体系中作为酸源和发泡剂使用,来提高聚苯乙烯的阻燃性能。

于宝刚等研究了磷系阻燃剂1,3,5-三(5,5-二甲基-1,3-二氧杂环己内磷酸基)苯(FR)和聚磷酸铵复配对聚苯乙烯阻燃性能的影响。结果表明,FR/聚磷酸铵提高了聚苯乙烯的极限氧指数、热稳定性和残炭率,降低了热释放速率。当FR含量为15%,聚磷酸铵含量为10%时,聚苯乙烯的极限氧指数为29.6%,阻燃级别达到UL-94V-0级。

王会娅等采用新型磷系阻燃剂1,2,3-三(5,5-二甲基-1,3-二氧杂己内磷酸酯基)苯制备了无卤阻燃聚苯乙烯复合材料。结果表明,在聚苯乙烯中添加25%的阻燃剂可以获得良好的阻燃效果,氧指数达到25.5%,平均热释放速率下降了22.5%,有效燃烧热平均值下降了61.0%,且燃烧后形成了无数封闭孔洞的焦化炭层。




磷酸三(2-氯丙基)酯(阻燃剂TCPP)为无色至微黄色油状液体,溶于苯、醇、四氯化碳等有机溶剂,不溶于水和脂肪族烃,相对密度1.27-1.31,折光率1.4916(21.5),粘度58mm2/S,含氯量32.8%,含磷量9.5%,由于分子内同时含有磷氯两种元素,阻燃性能显著,同时还有增塑、防潮、抗静电等作用.磷酸三(2-氯丙基)酯其物化性能类似于TCEP,但对水和碱的反应性能较低.具有优良的阻燃性能和化学稳定性,能提高制品的耐油性、耐水性和阻燃性.

磷酸三(2-氯丙基)酯(阻燃剂TCPP)主要用于软硬聚氨酯泡沫,环氯树酯,聚本乙烯,醋酸纤维素,乙基纤维素树脂和酚醛塑料,及枪式泡沫填缝剂的生产.特别推荐用刚性聚氨酯泡沫中具有优良的热导及水解稳定性,特别适用于ASTM84(II),用于化合物聚氨酯泡沫和不饱和树酯及酚醛塑料在低温时具有低粘性.通常还与三氧二锑配合使用,以提高阻燃效率.

磷酸三(2-氯丙基)酯(阻燃剂TCPP)是用于条状﹑快状泡沫生产中的火焰阻燃剂.它是一种成本低廉的火焰阻燃剂,且具有良好的稳定性.用于阻燃聚氨酯泡沫塑料,不饱和聚酯,液态酚醛树脂,粘合剂等重要的阻燃性增塑剂。也可用在矿用运输带(特别是煤矿)、导风筒、电线电缆、蓬布、壁纸、人造革、卷布滚等。在氰酸醚或聚醚与催化剂的混合物中的储存稳定性甚佳。


周健等以红磷/Mg(OH)2为协同阻燃剂,以聚烯烃弹性体为聚苯乙烯的增韧改性剂,通过熔融挤出制得无卤阻燃聚苯乙烯复合材料材料。研究表明,红磷/Mg(OH)2阻燃体系在聚苯乙烯中有良好的协同阻燃效应,阻燃剂用量对复合材料的力学性能有明显影响。

黄兆阁等采用包覆红磷(MRP)作为无卤阻燃剂对聚苯乙烯进行了阻燃改性。结果表明,将10份MRP和80份的Mg(OH)2复配具有明显的协同阻燃效果,使聚苯乙烯的氧指数达到29%且综合性能良好。利用锥形量热仪测定了聚苯乙烯/Mg(OH)2/MRP体系的热释放速率、有效燃烧热和质量损失速率,进一步证实了该体系的阻燃效果。

郝建薇等采用氨基硅烷偶联剂对聚磷酸铵进行了 表面改性,改性后的聚磷酸铵具有良好的疏水性,氨基硅烷偶联剂与聚磷酸铵发生了键合反应,改性聚磷酸铵的热失重速率明显降低。改性聚磷酸铵与双季戊四醇复配膨胀阻燃聚苯乙烯的阻燃性能有所提高,拉伸强度及断裂伸长率得到明显改善。

膨胀型阻燃剂(IFR)由炭源、酸源和气源组成,在燃烧时酸源会放出无机酸,使炭源含有的多元醇酯化,进而脱水炭化,黏稠的炭化产物在气源释放的惰性气体、反应产生的水蒸气及聚合物降解产生的小分子挥发物的作用下膨胀,形成微孔结构的炭层。该炭层具有隔热、隔氧、无熔滴并使火焰自熄的作用。IFR克服了含卤阻燃剂燃烧烟雾大、多熔滴的缺点和无机阻燃剂由于添加量大对材料力学性能、加工性能所带来的不良影响,因此成为近年来最为活跃的阻燃研究领域之一。在阻燃聚苯乙烯中,往往采用聚磷酸铵、聚脲、季戊四醇(PER)和三聚氰胺(MA)等作为膨胀体系,它们与一些含有环状氮化物的组分之间具有很强的协同效应。

冯才敏等采用多聚磷酸蜜胺(M聚苯乙烯)和笼状季戊四醇磷酸酯(PEPA)复配阻燃聚苯乙烯。研究了M聚苯乙烯/PEPA质量比和Cr2O3用量对聚苯乙烯阻燃性能和力学性能的影响。结果表明,M聚苯乙烯/PEPA质量比为3:2时,复配效果最好;添加少量的Cr2O3即可显著提高复合材料的阻燃性能。当M聚苯乙烯、PEPA、Cr2O3含量分别为12%、8%和2%时,阻燃聚苯乙烯的氧指数高达31.5%,且具有较好的力学性能。Cr2O3可催化M聚苯乙烯/PEPA间的酯化反应,促进材料成炭,减缓材料的热降解速率,提高材料隔热、隔氧能力。


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