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聚烯烃用有机硅系阻燃剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2017-12-6 10:33:03
聚烯烃用有机硅系阻燃剂中的聚硅氧硼烷是指分子主链上包含Si-O-Si键、Si-O-B键和B-O-B键的聚合物。将硼元素以化学键的形式与硅氧烷形成共聚物,可实现B和Si在同一分子链上的协同阻燃作用。

聚烯烃用有机硅系阻燃剂是一种新型高效、低毒、防熔滴、环境友好的无卤阻燃剂,也是一种成炭型抑烟剂。聚烯烃用有机硅系阻燃剂在赋予基材优异的阻燃性能之外,还能改善基材的加工性能、耐热性能等。

对有机硅系阻燃材料的研究主要是通过改进分子结构、提高相对分子质量、共混等来提高阻燃抑烟效果、改善成炭性及基体材料的加工和力学性能。含硅基团具有较高的热稳定性、氧化稳定性、憎水性以及良好的柔顺性,利用聚合、接枝、交联技术把含硅基团导入高聚物分子链上,所得含硅阻燃高聚物除具有阻燃、耐热、抗氧化、不易燃烧等特点外,还具有较高的耐湿性和分子柔顺性,加工性能也得到改善。

日前,有机硅阻燃剂主要有硅树脂阻燃剂和聚硅硼氧烷阻燃剂。阻燃的方法可以是直接将有机硅阻燃剂加入到高分子材料中,也可以是将一些带官能团(如端羟基、氨基或环氧基)的聚硅氧烷链段嵌入到一些聚合物中。

有机硅阻燃剂是按凝聚相阻燃机理,即通过生成裂解炭层和提高炭层的抗氧化性实现其阻燃功效的。高分子材料中添加有机硅阻燃剂后,有机硅阻燃剂多半会迁移到材料表面,形成表面为有机硅阻燃剂富集层的高分子梯度材料。

一旦燃烧,就会生成聚硅氧烷特有的、含有Si键和(或)Si-C键的无机隔氧绝热保护层。这既阻止了燃烧分解产物外逸,又抑制了高分子材料的热分解,达到了阻燃、低烟和低毒等目的。

周文君制备了一种用于PC的聚烯烃用有机硅系阻燃剂聚硅硼氧烷。由于B和Si在同一分子链上,解决了硼化合物与聚硅氧烷以物理混合的形式加入到PC中时复合困难及分散不均等问题。在PC中添加质量分数为3%-5% 的该阻燃剂,即能使材料的阻燃等级达到UL94 V-0级,且得到的阻燃PC机械性能好、透明度高、耐刷洗、无腐蚀性、对环境和人体无害。



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赵建青等合成了一种聚烯烃用的聚烯烃用有机硅系阻燃剂聚硅硼氧烷。为了保证其热稳定性以满足各种高分子材料的加工工艺,其分子结构中苯基的摩尔分数大于90%。为了提高阻燃剂与聚烯烃材料的相容性,降低因相容性差对材料力学性能带来的不良影响,则在分子结构中引入了乙烯基和长碳链基团。

在聚乙烯基体中添加质量分数为8.0%的该阻燃剂,即可使阻燃材料的氧指数从17%提高到30%,材料燃烧时的热释放速率也显著降低。

硅树脂阻燃剂,硅树脂是以Si-O-Si为主链,硅原子上连接有机基的交联型半无机高聚物。硅树脂分子的侧基为氢键或有机基时称为纯硅树脂。硅树脂具有优良的耐热性、耐候性、阻燃性和电绝缘性等。

周文君等以苯基甲氧基硅烷和甲基甲氧基硅烷为原料,用水解缩合法制备了硅树脂阻燃剂。最佳工艺条件为反应时间2h,反应温度80℃,催化剂用量5g,封端时间45min。然后在聚碳酸酯中添加质量分数为5%的该硅树脂,就能使其燃烧氧指数从26.0%提高到34.0%。

李晓俊等也采用甲基苯基硅树脂对聚碳酸酯进行阻燃改性,在苯基甲基硅树脂的质量分数为6%时,材料的氧指数从28%提高到40.6%, 阻燃等级由U L94 V-2级提高到V-0级。

杭州师范大学宋健等通过极限氧指数和锥形量热分析研究了阻燃剂聚硼硅氧烷(BSi)对聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(PC/ABS)合金的阻燃作用。结果表明,添加5%(质量分数)的BSi可使PC/ABS合金的极限氧指数从24%提高到28.6%;添加BSi可使火灾性能指数升高63%,并且可减少燃烧过程中产生的烟、热及CO、CO2等有害气体,促进成炭,保护基体材料,缓和燃烧过程,降低火灾安全隐患。


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