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无机高分子材料阻燃剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2016-12-30 10:55:44
随着高分子材料科学的不断发展,各种聚合物制品不仅被工业、农业及国防等部门所广泛应用,而且已深入到人们生活的各个方面。

由于大部分高分子材料可以燃烧,燃烧时放出大量的热量,同时产生氯化氢、氰化氢、苯乙烯等腐蚀性气体和有毒气体。因此,对聚合物制品的阻燃剂的研究已经变得愈来愈重要。

无机高分子材料阻燃剂一般分为反应型和添加型两类。反应型阻燃剂主要是在聚合和缩聚过程中在高聚物的主链或侧链上引入具有阻燃作用的基团以达到阻燃目的。它具有稳定性好、不易消失、毒性小、对高聚物性能影响小等优点,但合成和加工工艺复杂。添加型阻燃剂分为无机和有机两类。

无机高分子材料阻燃剂的安全性较高,且既能做阻燃剂又可做添料,又具有低烟、无毒、热稳定性好、不产生腐蚀性气体、价格低廉等优点。主要品种有:氢氧化铝、氢氧化镁、红磷、氧化锑、氧化钼、氧化锆、钼酸胺、硼酸锌等,其中以氢氧化铝、氢氧化镁、红磷、氧化锑使用较广泛。

有机类阻燃剂分为磷系和卤系两个系列。磷系阻燃剂主要为烯酸酯类,它们在室温下多为液态,发烟量大,有毒性。卤系阻燃剂包括氯系和溴系两种,溴系阻燃剂热分解后毒性和腐蚀性相对较小,使用较普遍。

在阻燃领域内,开发高效、低烟、无毒、无公害的阻燃剂是人们长期的奋斗目标。无机高分子材料阻燃剂正是具有这样的一些特点,使其应用愈来愈广泛。本文主要介绍无机高分子材料阻燃剂的阻燃机理及表面处理方法。

无机阻燃剂的阻燃机理:Al(OH)3、Mg(OH)2阻燃剂的阻燃机理[3,4]Al(OH)3阻燃剂即三水合氧化铝,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,在物流混炼、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。


磷酸三苯酯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。磷酸三苯酯tpp用途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。


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,抑制高聚物的温升;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脱水后可燃物表面生成金属氧化物保护层;起隔离作用,阻止继续燃烧。

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。

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,当与氢氧化铝、氢氧化镁阻燃剂并用时,具有显著的阻燃增效作用,添加少量红磷即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,促使氢氧化铝、氢氧化镁脱水结晶吸热,使阻燃体系的阻燃效果增大。

无机阻燃剂的种类较多,常用的有氢氧化铝、氢氧化镁、氧化锑、硼酸锌、红磷等。用量最大的是氢氧化铝、氢氧化镁。一般来说,如果粒径足够细,则氧化锑、硼酸锌、红磷等与聚合物的混溶性没有太大问题。而氢氧化铝和氢氧化镁由于其分子的极性较大及分子间氢键的影响,极易团聚,从而影响它与聚合物的混溶性,进一步影响其力学性能,因此要对它们进行表面处理。

氢氧化铝的表面处理氢氧化铝常用的处理剂主要是偶联剂硅烷和钛酸酯类。硅烷偶联剂中以乙烯基硅烷的处理效果较好,单烷基钛酸酯对粗粒Al(OH)3的偶联效果不如对细粒Al(OH)3偶联效果好。

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