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了解无卤阻燃剂的品种及氢氧化镁阻燃剂的原理

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2014-3-28 19:15:39
 

      1 无机阻燃剂诸如Al(OH)3、Mg(OH)2、硼酸锌及无机磷化合物等,很多无机阻燃剂是填料型的,它们在树脂中的添加量大,因而对加工工艺及最后产品的性能有较严重的影响。90年代,改进无机阻燃剂性能的努力集中于下述4个方面:(1)粒径超微细化和粒度分布合理化;(2)表面处理;(3)少尘或无尘化;(4)微胶囊化。无机阻燃剂的阻燃机理.

      1.1 Al(OH)3、Mg(OH)2阻燃剂的阻燃机理Al(OH)3阻燃剂简称ATH,其用量占无机阻燃剂的80%以上,它具有阻燃、消烟、填充三个功能,不挥发、无毒、腐蚀小、价格低,被誉为无公害阻燃剂。Mg(OH)2阻燃剂也具有以上的特点,且Mg(OH)2比Al(OH)3软,在混炼、成型加工中对设备磨损较少,Mg(OH)2的热分解温度较高,在混炼和成型加工温度下,不致产生热分解而影响产品质量。Al(OH)3、Mg(OH)2阻燃机理被认为是以下几种机理协同作用的结果。Al(OH)3、Mg(OH)2作为填充剂,使可燃性高聚物的浓度下降;在300℃以上脱水吸热,抑制高聚物的温度升高;Al(OH)3、Mg(OH)2脱水放出的水汽稀释可燃性气体和氧气的浓度,可阻止燃烧;Al(OH)3、Mg(OH)2脱水后在可燃物表面生成金属氧化物保护层,起隔离作用,阻止其继续燃烧。

      1.2 氧化锑阻燃剂的阻燃增效作用经研究发现,氧化锑本身阻燃效果并不很好,但是与卤类阻燃剂并用有很大的阻燃增效作用,这是因为燃烧时生成SbCl3、SbBr3等卤化锑的比重很大,高聚物表面起覆盖效应,并在气态时有捕捉自由基的作用。

      1.3 红磷的阻燃增效作用红磷单独使用时其阻燃效果不理想,但是当与Al(OH)3、Mg(OH)2阻燃剂并用时,具有显著的阻燃增效作用,添加少量红磷可使氧指数大幅度提高,这是因为燃烧时,红磷具有强烈的脱水作用,促使Al(OH)3、Mg(OH)2脱水结晶吸热,使阻燃体系的阻燃效果增大。

      2 有机硅系阻燃剂有机硅系阻燃剂是一种新型无卤阻燃剂[5],也是一种成炭型抑烟剂,它在赋予高聚物优异阻燃抑烟型的同时,还能改善材料的加工性能及提高材料的机械强度,特别是低温冲击强度。目前已提供市场的有机硅系阻燃剂是美国通用电器公司生产的SFR100,它是一种透明、粘稠的硅酮聚合物,可与多种协同剂(硬脂酸盐、多磷酸胺与季戊四醇混合物、氢氧化铝等)并用,已用于阻燃聚烯烃,低用量即可满足一般阻燃要求,高用量可赋予基材优异的阻燃性和抑烟性。含10%SFR100的聚烯烃可在阻燃性、流动性及机械性能间实现最佳平衡。硅作为阻燃体系的加工助剂,降低了挤出加工时的扭矩,同时也是一种良好的分散剂,提高阻燃剂在高分子材料中的分散性,使材料的力学性能降低较少;另外,有机硅又是阻燃的协效剂,能提高阻燃体系的氧指数[6]。有机硅具有优异的热稳定性,这是由构成其分子主链的—Si—O—键的性质决定的[7],有机硅的闪点几乎都在300℃以上,具有难燃性。特别是加工成型的有机硅只要添加一般的金属氧化物,便可配成UL—94等级的硅橡胶。由于有机硅系阻燃剂的独特性能,在90年代它们将在不能使用含卤阻燃剂的场所获得更广泛的应用,以硅系化合物阻燃的高聚物将开阔新的阻燃材料市场。

      3 纳米级阻燃剂[8]无机阻燃剂一般都是高熔点的化合物,在合成材料的加工温度下,都是以颗粒状态存在于体系中,为了提高阻燃剂的分散,增加阻燃剂的阻燃效果,一般要求阻燃剂的颗粒越细越好,由超细、表面改性多组分复合工业支撑的无卤阻燃剂,填加量低,阻燃效率高[9]。现在所用的无机阻燃剂颗粒一般在微米级,阻燃填充量大,阻燃效率不高,如果阻燃剂的颗粒为纳米级,阻燃剂的填充量将会大大减少,阻燃效率将会加倍提高。纳米材料具有小尺寸效应;表面与界面效应(随纳米尺寸的减小,比表面积急剧增大,表面原子数及比例迅速增大);量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特性。纳米阻燃聚合物将有机聚合物的柔韧性好、密度低、易于加工等优点与无机填料的强度和硬度较高、耐热性较好、不易变形高度结合,显示了强大的生命力。
 
      氢氧化镁作为阻燃剂的阻燃机理为:
     氢氧化镁受热分解出水,同时吸收大量的潜热,从而抑制聚合物温度上升,延续其热分解并降低燃烧速度,这就降低了树脂在火焰中的实际承受温度,具有抑制高聚物分解和可燃性气体产生的冷却效应。分解后生成的氧化镁是良好的耐火材料,切断氧气的供给、阻止可燃性气体的流动,帮助提高树脂抵抗火焰的能力,而且氢氧化镁的热分解温度高达340℃,因此氢氧化镁作为阻燃剂其阻燃性能十分优越。

      氢氧化镁在中等填充时能出现较厚的氧化炭层。炭化层的生成,阻挡了热量和氧气的进入及可燃性气体的逸出,使脱水稀释,吸热降温发挥更大作用,加入氢氧化镁降低了初始的氧化分解温度.且随用量的增加下降程度变大。此外生成的氧化镁使优良的耐火材料覆盖于高聚物表面.亦能提高高聚物抵抗火焰的能力。
与其他两种无机阻燃剂碳酸钙和氢氧化铝相比,氢氧化镁虽然对预燃区和燃烧区的作用小,但发生在固体降解区的阻燃作用却大大超过了碳酸钙和氢氧化铝.在消烟作用上也十分明显。氢氧化镁作为一种无毒阻燃剂,可用于聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙稀、三元乙丙橡胶及不饱和聚酯等高分子材料的阻燃消烟.尤其适用于加工温度较高的聚烯烃塑料。
   
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