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无机阻燃添加剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2016-11-13 15:22:29
红磷属于无机阻燃添加剂,是无机阻燃添加剂中应用最广和研究最多的阻燃之一。

Wu等对其阻燃机理进行了研究,认为红磷能以相对较低的浓度使大多高聚物具有很好的阻燃性能,处理过程稳定,并对基体的物理电性能没有影响。它既可以在气相中产生自由基阻燃,也可以在凝相中形成泡沫阻燃。但是受热易生成剧毒气体磷化氢(PH3),粉尘易爆炸,且在聚合物中不易分散等缺陷,限制了该阻燃添加剂的应用。为此对红磷采用物理或化学方法进行改良,如“包装”红磷颗粒,即微胶囊化红磷,使其缺陷得到弥补。

硼化合物是一种常用的无机阻燃添加剂,以硼酸锌产品为主要。该阻燃添加剂明显提高制品的耐火性,具有优良的阻燃、抑烟、熄灭电弧的性能,能使物品燃烧时散发较少的有毒、有害烟气。其阻燃主要机理是吸热及稀释作用,以及形成隔热层。硼酸锌在高于300℃时可失去结晶水,能够起到吸热冷却作用。

硼酸锌中的锌约有38%以氧化锌或氢氧化锌的形式进入气相,对可燃性气体进行稀释,使其燃烧速率降低,进一步增加了其阻燃性。一般硼酸锌阻燃添加剂与卤素化合物并用。在燃烧过程中,可燃物表面会覆盖一些不挥发的锌化物和硼酸,以隔绝空气。此覆盖层可抑制可燃性气体发生,同时也阻止了氧化和热的作用。锌化物的存在有利于脱水反应,另外,硼酸的存在能促使生成大量的碳,碳的增加也有利于减少可燃物的逸出,具有很好的抑烟效果。

三氧化二锑、胶体五氧化二锑和锑钠是锑系阻燃添加剂的主要产品,其中广泛应用的是三氧化二锑剂,主要用于塑料制品和纺织物的阻燃,亦可用做橡胶、木材的阻燃添加剂。

其阻燃机理一般认为:(1)氧化锑以液态或固态覆盖于燃烧物的表面,起到隔绝空气的作用;(2)由于氧化锑的熔融和挥发吸收热量而降低燃烧温度;(3)变为汽态后的氧化锑,在火焰中形成各种锑化物和卤素自由基,这些分解的产物能消散火焰的能量,改变燃烧的化学过程,从而起到抑制的作用。

聚合物在燃烧中的产生很多高能量自由基,膨胀型阻燃添加剂在分解过程中产生可捕获自由基的物质(如PO·),从而切断自由基链锁反应达到阻燃的目的。


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随着高分子材料的应用日益广泛,以及环境保护的呼声越来越高,对材料的阻燃性能也提出越来越高的要求。为了更好的满足合成材料的阻燃要求,提高阻燃添加剂使用的效果和领域,今后应重点放在以下几个方面:针对某些传统阻燃添加剂,由于其阻燃性能存在着某些缺陷,应从事该类阻燃添加剂“缺陷修复”方面的研究。如无机阻燃添加剂表面改性、纳米化技术等。

对阻燃添加剂的协同阻燃机理进行探索。单一阻燃添加剂可能其阻燃效果并不好,但若与其他阻燃添加剂合用可能会得到更加理想的效果。

研究环保型阻燃添加剂。随着现代科技的不断发展以及环境保护意识的增强,环保型阻燃添加剂必将会越来越受到重视,开发环境友好型阻燃添加剂将是今后的重点研究方向。

开发一种能够从凝聚相、气相、液相等多方面对材料进行阻燃的新型复合阻燃添加剂,也是今后阻燃添加剂发展的一个重要方向。

氢氧化镁在更高的温度范围内才发生脱水反应,故可应用于阻燃高温分解型聚合物,应用范围较ATH 更广。

微胶囊包覆后红磷阻燃剂的吸湿性、抗氧化性均明显优于未包覆红磷;经TG热失重图谱分析表明,微胶囊红磷着火点高达470℃,红磷阻燃剂经微胶囊包覆后,颗粒成球形。 

当复合物中微胶囊红磷:季戊四醇:三聚氰胺为4.00 : 0.75 : 2.00(摩尔比)时,膨胀型阻燃剂具有优良的阻燃性能。由微胶囊红磷/季戊四醇/三聚氰胺所组成的膨胀型阻燃剂在高温下能形成P—N键,P—N具有协同阻燃作用。添加30%的膨胀型阻燃剂,环氧树脂的OI从未添加的19.0%提高到26.3%。

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