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硼化合物无机阻燃剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2017-2-9 18:49:33
阻燃剂种类繁多,其化学结构及使用方法也各有不同。最常使用的阻燃剂的阻燃元素主要是以元素周期表中第Ⅲ主族的硼和铝;第Ⅴ主族的氮、磷、锑等;第Ⅵ主族中的硫;第Ⅶ主族的氟、氯、溴等为基础的化合物。此外,锌、钡、镁、钛、锡、铁、锆、钼等金属化合物也可作为阻燃剂。

但在实际应用中,阻燃剂主要是以卤素和磷为中心阻燃元素的化合物。含卤阻燃剂尽管阻燃效果较好,但由于在使用和燃烧过程中的二次污染问题,而逐渐被无卤阻燃剂所替代。近年来随着新的环保要求和法规的不断提出,硼化合物无机阻燃剂以其优良的阻燃、低毒和抑烟特性正越来越多地引起人们的注意。

用硼砂、明矾、硫酸铁等的水溶液作为纺织品阻燃整理剂,这种阻燃方法能大幅度降低织物的着火性能和燃烧性。由此可见,无机硼酸及硼酸盐是两种最古老的阻燃剂,它们主要应用于纤维素纤维,如棉和纸张的阻燃。由于水洗牢度的问题,它们在织物上的应用受到一定的限制,但据报道,若将硼化合物无机阻燃剂与树脂混合组成阻燃整理体系,将提高其耐久性。

目前使用的无机硼阻燃硼酸锌产品,它最早由美国硼砂和化学品公司开发成功,商品名为Fire Brake ZB,因此简称FB阻燃剂,硼酸锌能够明显提高制品的耐火性。目前材料耐燃性已成为人们在阻燃领域关注的又一热点话题,国外许多国家制定系列耐燃规范,近年来我国也引起了重视。

近年来新型阻燃剂不断涌现,同时对阻燃剂自身与使用过程中的环保问题也提出更为严格的要求。阻燃剂的无卤化、无毒化、复合化和抑烟化已成为2l世纪阻燃剂的发展趋势。硼化合物无机阻燃剂主要包括有五硼酸铵、偏硼酸钠、氟硼酸铵、偏硼酸钡和硼酸锌等。在硼系阻燃剂中,最重要的是水合硼酸锌。按其结晶水分有下列品种:ZnO·B2O3·2H2O、3ZnO·2B2O3·5H2O、2ZnO·3B2O3·3.5H2O、2ZnO·3B2O3·7H2O、4ZnO·B2O3·H2O等。

水合硼酸锌中最常用的品种是2ZnO·3B2O3·3.5H2O。其理化性质如下:白色结晶形粉末,熔点980℃,密度2.8,折射率1.58,不溶于水和一般的有机溶剂,可溶于氨水生成络合盐,热稳定性好,在300℃以上开始失去结晶水,粒度细,平均粒度为2-10μm,毒性LD50>10g/kg(白鼠口服),没有吸入性和接触性毒性,对皮肤不产生刺激,也没有腐蚀性,对眼睛也没有刺激性,为无毒、无污染的无机阻燃剂。


磷酸三苯酯阻燃剂tpp具有良好的透明性、柔软性以及抗菌性,具有耐水、耐油、电绝缘性好和相容性好的优点。主要用于纤维素树脂、乙烯基树脂、天然橡胶和合成橡胶的阻燃增塑剂,也可用于三乙酸甘油酯薄酯和软片、硬质聚氨酯泡沫、酚醛树脂、以及PPO等工程塑料的阻燃增塑。


作为新型阻燃添加剂,硼酸锌具有以下优点:

(1)阻燃增效,在大多数含卤环氧树脂和一些不饱和聚酯体系中,硼酸锌与氧化锑、氢氧化铝等具有协同效应,在不降低材料的阻燃等级条件下,能有效地降低材料成本、生烟量。

(2)促进碳层生成,硼酸锌有助于在材料燃烧时生成多孔碳层,且此碳层能为三氧化二硼所稳定,在高聚物燃烧温度下硼酸锌还可与氢氧化铝生成类似玻璃、陶瓷的硬质多孔残渣,有利于隔热和阻止空气扩散进入材料内部。

(3)防止生成熔滴,在阻燃树脂的同时,并可减少高温熔滴,因而减少由于熔滴而引发的二次火灾。

其主要作用机理为:生产粘稠玻璃状物质---物理覆盖作用;凝聚相促进成炭作用;分解脱水,吸热;气相阻燃(三卤化硼)。硼阻燃剂主要在凝相中发挥阻燃作用,在气相中仅对某些化学反应和卤化物才表现出阻燃作用。

主要包括以下几个方面:

⑴硼酸盐熔化、封闭燃烧物表面,形成玻璃体覆盖层,起隔绝作用;

⑵在燃烧温度下放出结合水,起冷却、吸热作用;

⑶改变某些可燃物的热分解途径,抑制可燃性气体生成。

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