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尼龙阻燃添加剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2016-11-12 15:43:01
尼龙阻燃添加剂红磷的优点是有效磷含量高,在燃烧时比其它含磷化合物产生更多的磷酸。达到相同的阻燃等级时,红磷的添加量比其它的阻燃剂更低,使尼龙能较好的保持自身的力学性能。作为阻燃剂的红磷的主要缺点是它的红颜色、易燃和通过与水反应生成高毒性的磷化氢(膦) 。将普通红磷进行微胶囊化可避免其缺点。

尼龙阻燃添加剂聚磷酸铵(APP) 通过降低聚酰胺的降解温度、改变最终气相产物的组成参与了聚酰胺的热降解过程,同时在聚合物基体上形成蜂窝状炭化覆盖层,隔断两相界面的热量和物质传递,起到了保护基体的作用。

由于成炭有流动趋势,会导致炭层下面的基材暴露,增大了燃烧的危险性。加入一些无机添加剂, 如滑石粉( Talc) ,MnO2 , ZnCO3 ,CaCO3 ,Fe2O3 ,FeO ,Al (OH) 3 等,阻燃效果增加。在APP 添加量为20 %的尼龙6 中加入以上一种添加剂(约1. 5 %~3. 0 %) ,LOI 值从25 升至35~47 ,达 到V20 级。

氮系阻燃剂:氮系阻燃剂低毒、不腐蚀、对热和紫外线稳定、阻燃效率好且价廉。缺点是以其阻燃的塑料加工困难,在基材中分散性较差。适用于尼龙的氮系阻燃剂主要有MCA (三聚氰胺- 三聚氰酸盐) 、蜜胺(三聚氰胺) 、MPP(三聚氰胺磷酸盐)等。

关于其阻燃机理, 一方面是“升华吸热”的物理阻燃方式, 即通过阻燃剂的“升华吸热”降低聚合物材料的表面温度并隔绝空气而达到 阻燃的目的,另一方面是凝聚相中阻燃剂与尼龙相互催化直接碳化膨胀机理。MCA在阻燃过程中同时表现促进碳化和发泡双重功能。对于不同的种类的尼龙其阻燃机理略有不同,其阻燃效果也有所不同。

Pieter Gijsman和Shahab Jahromi等分别研究了MCA和MPP在尼龙6和尼龙66中的作用机理,发现在MCA和MPP尼龙66会导致交联,而在尼龙6中则促使降解,阻燃效果尼龙66优于尼龙尼龙阻燃添加剂MCA 是由三聚氰胺和三聚氰酸在水中合成的三聚氰胺- 三聚氰酸盐,是一种靠氢键结合的加合物。它是一种优良的阻燃剂, 具有无卤、低毒、低烟等优点, 常用于尼龙类高分子材料的阻燃。


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但传统的MCA 熔点高(400 ℃以上直接分解和升华) , 只能以固相粒子形态与树脂共混复合, 因此分散不均匀, 分散相尺寸大, 影响其阻燃效果; 另外,由于MCA 主要是气相阻燃, 燃烧过程中材料凝聚相成炭量较低, 炭层松散, 不能形成致密的保护层, 也限制了其阻燃效率的提高。

四川大学采用分子复合技术在三聚氰胺氰尿酸盐(MCA ) 分子中引入与其分子结构互补且自身具有阻燃性的改性剂W EX 来降低MCA 的熔点, 使之可与PA 6 共熔复合, 超细均匀分散;并利用W EX 在材料燃烧过程中的成炭性, 改善炭层质量, 增强MCA 阻燃剂的凝聚相阻燃效果, 制备出阻燃性能和力学性能优良的阻燃材料;岳阳石化研究院开发的尼龙用无卤阻燃剂MCA , 添加量为18 %~25 % ,阻燃性达到UL94V - 0 级。

膨胀阻燃剂是重要的一类无卤阻燃体系.膨胀阻燃剂优于含卤阻燃剂之处在于其燃烧时烟雾小, 而且放出的气体无害。另外, 膨胀阻燃剂生成的炭层可以吸附熔融、着火的聚合物, 防止其滴落传播火灾.研究中用于膨胀阻燃剂主要有以下几种:气源(三聚氰胺类) 、酸源(磷氮阻燃剂) 、碳源( PA 本身) 以及辅助协同阻燃剂如硼酸锌、氢氧化铝,还有防滴落剂等。

王惠芳等和Arai等研究了IFR各组分间的匹配与尼龙66阻燃性能之间的关系,发现选择合适的配比可以获得较好的阻燃性。当磷氮阻燃剂和三聚氰胺类的质量比例小于1%时,不能达到阻燃的效果;大于30%时在加工过程中将产生挥发;在比例在1%~30%,特别是7%~20%之间时,既可获得好的阻燃效果又不影响加工过程。

无机阻燃剂具有毒性低、热稳定性好,不产生腐蚀性气体,不析出,发烟量小,有持久的阻燃效果等优点。但添加量大,造成聚合物的成型加工性能和物理性能下降。适用于聚酰胺的无机阻燃剂有赤磷、聚磷酸铵、磷铵、三氧化二锑、硼酸锌、氢氧化镁、铁的各种氧化物等。

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