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氧化锑阻燃剂的复合功能化 新型阻燃剂的阻燃机理

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2014-4-6 23:04:11
 
 
       无机阻燃剂与高聚物材料结合时,由于两种物质分子的极性存在差异;所以它们之间的亲和力和相容性差,导致材料的外观和机械力学性能变差。如果填料尺度为纳米级,就会有较大的表面积,从而更易团聚;所以必须对纳米颗粒进行表面处理。无论对于纳米级还是微米级无机阻燃剂颗粒,经过表面处理后,都能够减少微粒的团聚,改善粒子在高聚物材料中的分散性,提高阻燃效率,减少阻燃剂的使用量,减少阻燃剂生产中产生的粉尘。

       1.表面活性剂法
表面活性剂分子中亲水基团定向吸附在无机颜、填料表面形成单分子吸附层,这是一种物理吸附现象,从而提高颜、填料在基料中的分散性和润湿性。纳米无机颗粒具有许多悬空键或不饱和键,表面活性高;因而用此方法效果会更为明显。
       2.偶联剂法
偶联剂是一种双官能团化合物。它的一种基团可与无机物表面的极性基团如-OH通过化学键相结合;另一种基团能与有机聚合物相互作用,从而增进了无机填料与聚合物之间的结合力,改善无机填料的分散性和润湿性。它与无机物的复合有整体掺合法和预处理法。预处理法又分为干法和湿法。其中湿法处理是将硅烷或钛酸酯偶联剂溶解在适量的甲苯、二甲苯等烃类溶剂中,然后将阻燃剂加入后搅拌升温至较高温度,在此温度搅拌至少0.5 h;然后取出抽滤、干燥、研磨得产品。
  3.聚合物法
通过化学反应将高分子链接到无机纳米微粒表面上的方法,可充分发挥无机纳米粒子与高分子各自的优点,大大提高其在有机溶剂和高聚物中的分散性。经这种方法处理的无机添加剂加入到高分子材料中效果明显。
上述表面处理方法可以直接在纳米颗粒制备过程中使用,如在纲米粒子的生成过程中直接用表面活性剂、脂肪酸等实现包覆修饰。也可将纳米粒子制成母料。

 
  膨胀型阻燃剂IFR是针对PP、PA、EVA发泡等特点专门研发的一种新型阻燃剂,它主要为磷氮复合系,具有添加量少,阻燃效果好的特点,有效的避免了影响产品机械物理性能,适应了现在市场上所追求的无卤环保理念。本章就来介绍一下IFR的阻燃机理。

  一、膨胀型阻燃剂的阻燃机理
IFR包括三部分,即碳源、酸源和发泡剂;它们是通过下述相互作用而形成炭层的:1、在较低温度150摄氏度左右,由酸源产生能酯化多元醇和可作为脱水剂的酸;2、在稍高的温度下,酸与碳源进行酯化反应,而体系中的胺基则作为酯化反应的催化剂,加速反应;3、体系在酯化反应前和中期熔化;4、反应过程中产生的不燃性气体使已处于融融状态的体系膨胀发泡。于此同时,多元醇和酯脱水碳化形成无机物及碳残余物,且体系进一步发泡;5、反应接近完成时,体系胶化和固化,最后形成多孔泡沫炭层。

  膨胀型阻燃剂主要是通过凝聚相阻燃发挥作用的,是指在凝聚相中延缓或中断燃烧的阻燃作用,最重要的是它的成炭原理。其阻燃的主要原因就是在高温作用下能在被阻燃材料表面形成很厚的膨胀炭层,众所周知,炭层具有很高的阻燃性。例如,聚乙烯醇及环氧树脂在空气中于500摄氏度下燃烧时,它们几乎完全分解,但是,加入IFR后,形成的抗热炭层很好的抑制燃烧,使环氧树脂的氧指数提高至30。

  二、膨胀型阻燃剂之间的协效作用
在IFR三组分中,酸源是最主要的,它在三组分中的比例也最大,而且由于阻燃元素含于酸源中,所以酸源成为真正意义上的阻燃剂,其他碳源和发泡剂都是协效剂。单一酸源的阻燃效率不高,所以必须加入协效剂。

  三、炭层的阻燃作用
IFR形成的炭层是一个多相系统,它含有固体和液体,也有材料降解时产生的气态产物,为了保护下层材料,炭层必须覆盖材料全部表面,且应有足够的强度。

炭层通常还有氮、氧、磷和其他元素。炭层阻燃性质主要体现下述几个方面:1、碳化层使热难于穿透凝聚相;2、碳化层可以阻止氧气进入燃烧区域;3、炭层可以阻止降解生成的气态或液态产物溢出材料表面。


  
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