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无卤阻燃剂研究

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2016-12-29 15:59:09
近些年来,无卤阻燃剂在塑料中的应用也存在一些问题,如相容性差,添加量多才能达到阻燃的实际效果,而添加量过多又会导致物理机械性能下降等。

为了改善无卤阻燃剂在使用过程中存在的不足,国内外都在进行无卤阻燃剂研究,如为了改善无机物的阻燃效果,对其无机阻燃剂粒度进行超细化处理、表面改性处理和协同复配等,并取得了较好的无卤阻燃剂研究成果。

无卤阻燃剂研究中无机阻燃剂的进展。目前所用的无机阻燃剂主要品种有三氧化二锑、水合氢氧化铝(ATH)、水合氢氧化镁、红磷、可膨胀石墨、聚磷酸胺等。其中三氧化二锑主要用在聚氯乙烯中,而且要与含卤阻燃剂并用才有较好效果,水合氢氧化铝(ATH)、水合氢氧化镁目前应用较多,但其添加量要在50%以上才有阻燃效果,所以现多对其进行处理后再添加到塑料中,另外,其与塑料的相容性也不好,不易在塑料中均匀分散,这些往往都会较大程度恶化塑料的加工性能和制品的物理机械性能。

目前对无机填充型阻燃剂的处理方式主要有如上所述的三种。

一是阻燃剂颗粒超细化,阻燃剂粉体经过超细化后,粒子变小,相应的比表面积增大,表面能增大,从而粒子表面的反应活性增强。这不仅有利于粒子在塑料基体材料中的分散,而且能提高阻燃剂与塑料材料间的界面结合力。因此,不仅会使阻燃剂充分发挥其阻燃作用, 而且还可能会改善基体材料的加工成型性能和制品的力学性能。

二是无机阻燃剂颗粒表面改性处理,表面改性技术是提高粉体应用性能的关键技术之一。

通过各种表面改性剂与阻燃剂颗粒表面化学反应和表面包覆处理来改变阻燃剂颗粒的表面状态,以提高阻燃剂表面活性,使其表面产生新的物理、化学功能, 从而改善阻燃剂与塑料之间的亲和力,有利于阻燃剂在基体中的分散,提高塑料的加工性能和力学性能。

三是阻燃剂的复配处理,阻燃剂的复配技术主要是指利用阻燃剂之间的协同阻燃效应,将两种或两种以上的阻燃剂进行复合、混配,制成复合阻燃剂使用,使它们相互增效,取长补短,从而达到减少阻燃剂的用量,提高塑料的阻燃性能、加工性能和力学性能的效果。


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有研究表明,以氢氧化镁为阻燃剂,硅烷偶联剂为改性剂,阻燃聚丙烯发现:随着氢氧化镁添加量的增加,复合体系的阻燃性能逐渐提高,氧指数最高可达35。但随着氢氧化镁添加量的增多,聚丙烯的力学性能,如拉伸强度、冲击强度会有明显的下降。

Chen等研究了硼酸锌、微胶囊红磷对阻燃聚丙烯(PP)/氢氧化镁体系协同阻燃的效果。结果表明,硼酸锌的加入提高了阻燃PP/氢氧化镁体系的拉伸强度和断裂伸长率;由于硼酸锌、微胶囊红磷改善了复合材料的热稳定性,从而进一步提高阻燃PP/氢氧化镁体系的阻燃性能。

当硼酸锌用量为4%,氢氧化镁用量为45%时,阻燃PP/氢氧化镁/硼酸锌的阻燃等级达到垂直燃烧的V-0 级。Chen还将经表面改性的氢氧化镁用于阻燃PP,改性后的氢氧化镁粒径在2.0~2.5μm之间,将其与阻燃 PP 质量比按 1∶1 添加后,氧指数最高达30.2。

无卤阻燃剂研究中有机磷系阻燃剂的进展。由于早先已工业化的有机磷阻燃剂存在挥发性大、热稳定性不佳以及磷卤阻燃剂毒性等问题,近年来国内外有大量新型有机磷类阻燃剂被研发,且部分已经工业化。

此外,以氮、硅作为阻燃元素的阻燃剂以其高效、低烟、低毒、绿色环保等优点也受到了人们的广泛关注。 因此在有机磷阻燃剂分子设计中,把氮元素或硅元素引入其中而得到的磷-氮阻燃剂或磷-硅阻燃剂往往可以发挥两者的协同阻燃作用。

由于含卤阻燃剂的使用受到限制,这使得非卤阻燃剂特别是有机磷阻燃剂的研究和开发变得更为重要。有机磷化合物分解产物及其阻燃高聚物的热裂解和燃烧产物中腐蚀性、有毒物很少。有机磷阻燃剂之所以成为阻燃剂研究中的热点,除上面的因素外,还因为有机磷阻燃剂同时具有增塑、热稳定等作用,对提高塑料的综合性能有十分重要的作用。

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