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聚丙烯用复合阻燃剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2017-11-15 11:43:24
张忠厚等研究了以可膨胀石墨为主阻燃剂、红磷为协效剂的聚丙烯用复合阻燃剂。结果表明,当聚丙烯用复合阻燃剂含量为10%,可膨胀型石墨与红磷的配比为2:1时,复合材料的力学性能和阻燃性能指标均达到最大值,氧指数为23.4%,拉伸强度为35.9MPa,缺口冲击强度为0.7kJ/m2,综合性能最佳。

李旭等以三聚氯氰、二乙醇胺和乙二胺为原料研究聚丙烯用复合阻燃剂对聚丙烯的影响,设计并合成了一种新型三嗪类成炭剂(CA),将其与聚磷酸铵、MA复配阻燃聚丙烯。结果显示所复配的IFR极大地改善了聚丙烯的阻燃性能。

复合阻燃剂对聚丙烯的影响研究结果表明,当IFR是由80.3%的聚磷酸铵、13.0%的MA和6.7%的CA组成时,对聚丙烯的阻燃效果最佳。当IFR的加入量为30%时,阻燃聚丙烯的极限氧指数达到35.5%;当IFR加入量仅为25%时,阻燃聚丙烯的阻燃性能就能通过UL-94V-0级,极限氧指数达到32.5%。

最近发展起来一种新型的可膨胀石墨无卤阻燃剂,可在聚合物表面形成坚韧的炭层,将可燃物与热源隔开,且在膨胀过程中会大量吸热,降低体系温度的同时释放夹层中的酸根离子,促进脱水炭化,并能结合燃烧产生的自由基从而中断链反应。当可膨胀石墨与红磷、聚磷酸铵、三聚氰胺磷酸盐复配使用时,能产生协同作用,加入量很少就可以达到阻燃的目的。

雷长明等采用可膨胀石墨为主阻燃剂、MRP为阻燃协效剂来制备阻燃聚丙烯复合材料。在可膨胀石墨与MRP的配比大于2时,阻燃效果最佳。阻燃剂含量达到30%后,阻燃效果大幅度提高,氧指数超过28%。相容剂马来酸酐接枝聚丙烯(聚丙烯-g-MAH)能够改善阻燃剂和聚丙烯之间的相容性,提高黏结力,改善炭层质量,提高材料的氧指数,聚丙烯-g-MAH用量为30%时,材料的氧指数达到31.4%。




磷酸三苯酯(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。


蒋舒等对采用不同加工方法获得的可膨胀石墨填充聚丙烯复合材料的阻燃性能和微观结构进行了研究,讨论了可膨胀石墨含量和粒子结构对聚丙烯氧指数和水平燃烧性能的影响。结果表明,复合材料的阻燃性能不仅随着可膨胀石墨含量的增加而提高,同时还受到可膨胀石墨粒子结构的影响。加工过程中的强剪切作用会破坏可膨胀石墨粒子结构的完整性,使其阻燃效果大大降低。因此,压制成型的方法明显优于注射成型。

研究表明,含硅化合物不论是作为聚合物的添加剂,还是与聚合物组成共混物,均具有明显的阻燃作用。硅系阻燃剂可分为无机硅和有机硅阻燃剂两大类,无机硅主要为二氧化硅,有机硅主要有硅油、硅树脂、硅橡胶以及有机硅烷醇酰胺等。有机硅阻燃剂具有防潮、憎水、电气绝缘、耐高低温、化学稳定性好等优异性能,并且有机硅阻燃剂的阻燃效果优于无机硅阻燃剂,与聚丙烯的相容性较好,是硅系阻燃剂的主要发展方向。

有机硅阻燃剂的阻燃机理是有机硅酸盐中的乙烯基促使生成碳化硅焦化隔离层,阻止聚合物与空气中氧气的接触,抑制了有害气体的释放和烟雾的生成,从而达到阻燃抑烟效果。有机硅阻燃剂不仅可以改善聚丙烯的阻燃抑烟性,而且还可以提高聚丙烯的力学性能和电气性能。

对于聚丙烯而言,目前SFR-100和SFR-1000是较为经济有效的含硅阻燃剂。它们不含卤、锑元素,可通过类似于互穿网络的结构与 聚合物部分交联而结合,使其不至于迁移至材料表面,还能改善聚丙烯的表面光滑性,但不改变其他表面性能,对于基材的黏附性没有影响。当SFR-100的含量为25%时,聚丙烯的阻燃级别却能达到UL-94V-0级,并能保持基材原有的性能,若再提高其用量则可获得阻燃性和抑烟性特别优异的聚丙烯材料。

由于纳米粒子具有量子尺寸效应、表面效应、界面效应、小尺寸效应和超塑性等特点,在使用量很少的情况下就能赋予聚丙烯优异的物理力学性能和阻燃性能。除纳米无机阻燃剂外,层状黏土、碳纳米管阻燃聚丙烯材料已成为发展的前端产品。


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