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聚丙烯(PP)混合膨胀型阻燃剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2017-12-6 10:33:01
聚丙烯(PP)混合膨胀型阻燃剂是将炭源、酸源和气源化合物按照一定的比例混合成的阻燃剂。聚丙烯(PP)混合膨胀型阻燃剂其中最为典型的无卤膨胀型阻燃体系的研究是Camino等对聚磷酸铵-季戊四醇(APP-PER)体系阻燃聚丙烯(PP)的研究工作。

通过对阻燃PP的热分解、膨胀特性、炭层组成及其机构的研究,揭示了膨胀阻燃的作用机理,为如今膨胀型阻燃聚合物的发展奠定了基础。

聚丙烯(PP)混合膨胀型阻燃剂研究显示,当APP与PER的配比为3:1(质量比),添加量为30%(质量分数)时, PP/ APP-PER体系的极限氧指数可达到30%。热失重分析表明, 在550℃时,PP/ APP-PER体系的理论残炭量仅为10%左右,然而实验得到的残炭量却高达23%。

并用扫描电子显微镜(SEM)对阻燃剂添加量为25%~30%的不同类型的膨胀型阻燃PP样品的炭层进行了研究,结果表明炭层的形貌都很相似, 即稍有些不规则的泡孔,其直径分布在10~15μm之间,泡孔壁厚在1~3μm之间。

Hu等利用三聚氯氰、氨水和二亚乙基三胺反应得到一种三嗪衍生物, 分子结构如图9所示, 并将其作为成炭剂与APP互配用于阻燃聚乙烯(PE)。结果表明, 成炭剂的加入有效地促进了体系的成炭, 当膨胀型阻燃剂总量为30%,APP与成炭剂配比为11:4时,PE体系的阻燃性能最好, 极限氧指数达到31.2%,并且通过UL 94 V-0级别测试。

除三嗪衍生物类成炭剂外, 聚酰胺(PA)作为成炭剂用于聚合物阻燃的研究报道也很多。以PA6为炭源,APP为酸源的膨胀型阻燃聚烯烃体系的研究多有报道。

Almer as等研究了PA6/APP膨胀阻燃体系对PP的阻燃作用,同时还将EVA,丁基丙烯酸乙酯马来酸酐共聚物(EBuAMA)运用于APP与PA6之间的增容, 不仅对体系的阻燃性能有很好的促进作用,同时对材料的力学性能有一定程度的改善。研究表明,APP/PA6(3/1)的添加量为35%时,EVA添加量为5%时,阻燃PP不仅极限氧指数达到30%以上,而且达到UL 94 V-0级。

Bourbigot 等对PA6/APP膨胀阻燃乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)进行了研究,对于PA6/APP添加量30% 的体系,APP与PA6的配比为25:5时,极限氧指数能达到26%,UL 94垂直燃烧达到V-0级。



9蒽醛
iis7站长之家(阻燃剂TPP)生产工艺

三氯氧磷直接法(热法)和三氯化磷间接法(冷法)。

(1)热法  将苯酚溶解在吡啶和无水苯溶剂中,在不超过10℃以下,缓缓加入三氯氧磷,然后在回流湿度下反应3-4h,冷却至室温后,反应物经水洗回收吡啶,用于燥硫酸钠脱水,过滤除硫酸钠,常压下蒸馏回收苯;减压蒸馏收集243-245℃/1.47KPa的馏分,经冷却、结晶、粉碎即得成品。

 ( 2 )冷法  将苯酚溶解在吡啶和无水苯溶剂中,然后于40℃下滴加三氯化磷生成,继续在70℃下通入氯气生成二氯代磷酸三苯酸,再于80℃下进行水解生成磷酸三苯酯。水解物经水洗、碱中和、浓缩后进行减压蒸馏得成品。精制方法:常含有苯酚、磷酸和酸性磷酸苯酯等杂质。用乙醇或乙醇与溶剂汽油的混合液进行重结晶精制。

磷酸三苯酯(阻燃剂TPP)主要用途:用作硝化纤维、醋酸纤维膜的阻燃性增塑剂、聚氯乙烯的增塑剂、粘胶纤维中的樟脑不燃性代用品。



四川大学蔡绪福等将PA6作为成炭剂应用在丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)中阻燃,结果表明,PA6在燃烧过程中能够与APP反应形成大量膨胀型炭层,极大提高了体系的残炭量,当APP添加量在20%~30%时,阻燃体系极限氧指数达到27%以上,并通过UL 94 V-1阻燃级别。

同时,有文献报道,PA6/黏土纳米复合材料作为炭源用于膨胀阻燃EVA体系比PA6有更好的阻燃效果,当以PA6/纳米黏土替代PA6 时,体系极限氧指数由EVA/PP/PA6(60:30:10)体系的32% 上升到EVA/APP/PA6/纳米黏土(60:30:10)的37%,且EVA/ APP/PA6/纳米黏土体系的强度和断裂伸长率都优于EVA/APP/PA6体系。

无卤膨胀型阻燃剂分为单组分膨胀型阻燃剂与混合型膨胀型阻燃剂,由于膨胀型阻燃剂阻燃的塑料在燃烧时会在表面形成一层蓬松有孔封闭结构的炭质泡沫层,其本身不燃而且可以削弱聚合物与热源之间的热传导, 并且能够阻止气体扩散。这种多孔的炭层具有隔热、氧、无滴落并使火焰自熄的作用,且燃烧时没有有毒气体产生。所以膨胀型阻燃技术已成为目前阻燃技术研究的热点。

单组分膨胀型阻燃剂就是集炭源、酸源、气源于同一个分子内的阻燃剂。目前,单组分膨胀型阻燃剂国内化商品化的还比较少, 大部分均处于实验室研究阶段。

2,4,8,10- 四氧- 3,9- 二磷螺环[ 5,5] 十一烷- 3,9-二氧 -3,9- 二三聚氰胺盐(b-MAP),即CN-329阻燃剂。真正意义上将酸源、炭源和气源合成到了一个大分子上。此阻燃剂与PP具有良好的相容性,不溶解于水和大部分有机溶剂,热稳定性好,研究发现,含23%该阻燃剂的PP能达到UL 94 V-0阻燃等级, 最长燃烧时间为8s,平均燃烧时间为2s。


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