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聚苯乙烯(Ps)用磷系阻燃剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2017-11-24 15:20:38
本文研究了几种不同聚苯乙烯(Ps)用磷系阻燃剂对材料性能的影响,着重分析了聚苯乙烯(Ps)用磷系阻燃剂对材料阻燃特性的影响。

PPO是玻璃化转变温度高达220℃的非结晶性树脂,熔融流动性差,成型困难,价格高,实际应用受到限制。通过与聚苯乙烯(Ps),特别是高抗冲聚苯乙烯(HIPS)的台金化,其加工性能大为提高,且基本保留了纯PPO的原有特性。

mPPO是通用工程塑料中相对密度最小的品种,具有线胀系数小、电性能好、耐热和难燃等特点是办公设备、电子、电器、汽车零部件、给排水机械零部件的良好材料。与其他通用工程塑料不同,PPO及mPPO生产高度集中。

随着各国环保标准的提高,减少或不使用含卤阻燃剂将成为塑料行业的必然选择,因此无公害、绿色环保的聚苯乙烯(Ps)用磷系阻燃剂在未来将会有更广阔的市场前景。

按照质量份数,将称量好的PPO原粉、固体阻燃剂、HIPS、增韧剂、抗氧剂倒入高速搅拌机混合2~3分钟,然后将预混物在双螺杆挤出机进行塑化、混炼,同时通过液体计量泵把液体阻燃剂加入到机筒内,通过螺杆的分布混合使液体阻燃剂均匀分散到PPO/HIPS合金内,最后挤出造粒。

磷系阻燃剂对PPO/HIPS合金性能的影响性能测试标准:简支梁缺口冲击强度:按GB/T1043-93要求测试;拉伸强度:按GB/T1040-92要求测试;断裂伸长率:按GB/T1040-92要求测试;弯曲强度:按GB/T 9341-88要求测试;弯曲模量:按GB/T 9341-88要求测试;燃烧性能:按美国UL-94 要求测试。

PPO燃烧时成炭指数高达29,同时分子内含有大量氧元素,适合以脱水的方式形成炭层,从而阻隔燃烧,采用磷酸酯阻燃剂可以十分有效的实现这一过程。含磷阻燃剂加入到材料中后,燃烧时分解产生磷酸或多聚磷酸,磷酸通过对PPO的氧化,以H2O的形式从PPO分子中脱去H、O元素,分子链上残留的碳骨架和未充分燃烧的高分子共同形成了碳层,切断了内部高分子材料和外界火源、氧气的联系,最终达到了阻燃。



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。



目前含磷阻燃剂有红磷、TPP、BDP、RDP、MPP等,从阻燃机理上来看都可以用于PPO合金的阻燃,但由于磷元素含量的不同以及各自的分子结构相差较大,因此,在具体阻燃的效率上和对材料其它性能方面的影响上相差也是很大的,以下是PPO/HIPS比例为60/40时,添加不同种类和份数的磷系阻燃剂对PPO/HIPS合金性能的影响。

在以上实验的几种无卤阻燃剂中,几乎所有的阻燃剂加入到材料中都造成了PPO/HIPS合金的热变形温度的严重下降,大大损失了合金的使用价值,只有MPP、环状磷酸酯加入到体系中去对材料的HDT损害很小。主要原因可以从TPP、BDP、RDP的分子式上可以看出,作为富含苯环的低熔点有机磷酸酯,它们与PPO的相容性较好,因此起到了分子内增塑的作用,提高了PPO分子链在外力下的运动能力,所以造成合金的HDT下降。

因此,要想减少阻燃剂对HDT的影响只有减少阻燃剂用量和采用新型阻燃剂。MPP作为一种无机磷酸盐相当于填料的作用,所以对材料的HDT没有坏的影响,而采用环状磷酸酯作为PPO合金阻燃剂,利用了大分子阻燃剂分子量高,分子内含有刚性环状结构的特点,降低了液体阻燃剂对材料的增塑作用,提高了无卤阻燃PPO合金的热变形温度。

加入阻燃剂后,材料的抗冲强度普遍下降,尤其以MPP下降最厉害,MPP作为一种三聚氰胺磷酸盐,以无机填料的形式加入到体系中,与基料的相容性较差,因此冲击韧性下降很多。其次是红磷,红磷与体系相容性也很差,所以对材料的韧性损害也很大。

TPP、BDP、RDP分子内含有苯环结构与PPO的相容性较好,所以对韧性的影响要小一些,但由于它们还不属于高聚物,所以其分子量越低,对材料的韧性影响就越大, TPP为简单有机分子,BDP、RDP、环状磷酸酯则属于分子量较大的分子了,对韧性影响要小于TPP。


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