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聚合物基材无卤阻燃剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2017-1-10 20:37:12
阻燃材料是指能够延缓着火,能抑制火焰传播且能够自熄和具有自熄性的一类材料。在上世纪70年代开始研究的初期,阻燃材料的制备主要是在聚合物中添加一定量的含卤阻燃剂,利用阻燃剂分解释放卤化氢。

阻燃剂与聚合物降解的自由基相互作用,降低自由基浓度,从而减缓或终止了火焰中的链式氧化反应;且卤化氢是难燃的气体,受重力影响在聚合物燃烧的边界形成导热性很低的物层,稀释了聚合物表面的可燃性气体的浓度及氧的浓度,也降低了可燃性气体的温度,最终减缓了燃烧速度,甚至火焰终止。

但是,含卤阻燃材料发生火灾时,燃烧过程中发烟量大,同时释放出有毒的卤化氢气体,造成“二次灾害”,对人类的生命构成了严重的威胁,从而人们着手研究一种生态环保性能优异的阻燃材料――无卤阻燃材料。无卤阻燃材料将成为今后研究发展的重要方向。

对于材料的燃烧,是由于在高温条件下,材料发生分解生成可燃性气体,同时在氧热的作用下发生燃烧,所以无卤阻燃材料的制备常用方法是通过聚合物基材无卤阻燃剂,从而降低燃烧物表面的温度,降低可燃性气体浓度和减少或阻断氧供给,以达到阻燃的效果。按照阻燃剂与被阻燃基材的关系,阻燃剂可以分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂两大类。

添加型聚合物基材无卤阻燃剂在聚合物的加工阶段加入,同时,它不与聚合物及聚合物中的其它组分不发生化学反应,通过物理方式分散于聚合物当中,从而赋予材料阻燃性能,而对于反应型阻燃剂,是在聚合物制备过程中加入的,或作为聚合物单体,或作为交联剂参与化学反应,最后成为聚合物结构单元而赋予聚合物阻燃性能。在实际应用过程中,因所有基材不同,在选用聚合物基材无卤阻燃剂方面,包括品种、用量等,有一定的差异,以满足不同场所下的不同使用要求。


磷酸三苯酯tpp是种含磷元素的无卤环保型阻燃剂,面上大多数产品为自色片状结晶,改产品为自色结晶性粉末,也更用于溶解于有机溶剂,TPP不溶于水,溶于苯、氯仿、醚和而酮,微溶于Z醇。微具芳香气味,微有潮解性,不易燃烧。熔点约50℃,受热时快速熔化成箍状,润精效果极佳,常作为阻燃增塑润精剂使用。它在许多塑料和树脂用作阻燃剂,如酚醛树脂,环氧树酯等。


添加型聚合物基材无卤阻燃剂是通过物理方法加入被阻燃基材中,工艺简单,能满足使用要求的阻燃剂品种多,但是需要解决的问题是,阻燃剂的分散性、阻燃剂与聚合物之间的相容性和界面性等等[3],这此将很大程度上影响聚合物的力学性能和加工性能。无卤添加型阻燃剂常用的有金属氢氧化物、红磷、聚磷酸铵等。

经过长期的研究发现,金属氢氧化物类无卤阻燃剂具有比较好的热稳定性、不挥发、阻燃效果好及价廉等优点,常用的金属氢氧化物包括:氢氧化铝(ATH)、氢氧化镁(MH)、硼酸锌、三氧化二锑等,其中氢氧化铝(ATH)和氢氧化镁(MH)是最典型的代表。下文对此两种阻燃剂进行阐述。

阻燃机理。ATH和MH的阻燃效能有以下两个方面:第一,高温下吸热释水,由于水的比热大,分解生成的水变成水蒸气, 此过程要吸收大量的热量,使聚合物表面温度降低,同时,值得注意的是,生成的水蒸汽有蓄热和稀释聚合物表面可燃性气体的浓度和氧气的浓度,且包围火焰,从而使燃烧大大减缓或终止。

据研究表明,对于ATH,释水起始温度为220℃,释水量可达34%,释水吸热1770kJ/kg;而对于MH,此三值分别为330℃,31%,1370 kJ/kg,可见,释水吸热是ATH和MH的阻燃功能之一。第二,ATH和MH分解生成的氧化物与燃烧形成的其它炭化物在聚合物的周围,形成了一层惰性屏蔽层,隔热耐火,阻止了聚合物进一步遇火燃烧,同时也大大降低了热分解气体从聚合物固相扩散到燃烧区域的速率。所以,这些过程的综合作用,加强了金属氢氧化物的阻燃性能。

研究进展。肖卫东等在研究表明,ATH在阻燃EP时需要添加60份才能使氧指数达到27.6%。为了不影响材料性能,同时又能满足阻燃效果,可以采取的措施:超细化处理ATH,其粒径可达0.5~10um,粒度达到2000~2500目;采用有机硅烷,钛酸酯等对其进行表面处理,或者加入少量石蜡、硬脂酸盐等处理,使ATH能均匀分配于聚合物中,降低了混料时间及能耗。

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