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有机硅系阻燃剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2017-2-9 18:49:29
有机硅系阻燃剂是一种新型高效、低毒、防熔滴、环境友好的非卤阻燃剂,也是一种成炭型抑烟剂。

成炭技术是阻燃技术的新方向之一。一般通过添加成炭剂促进成炭或者促进交联反应产生炭层而达到阻燃目的。据报道,加入Al(OH)3或SiO2可提高聚丙烯膨胀体系的绝热性能,但有限氧指数(LOI)却下降;添加一定量的有机硅化合物可使蜂窝状炭结构更加稳定和致密,提高了聚丙烯的有限氧指数。用Mg(OH)2阻燃乙烯-乙酸乙烯脂共聚物(EVA)时,加入有机硅能改善Mg(OH)2在EVA中的分散性并增加炭化残渣的生成量,进一步提高EVA/Mg(OH)2/有机硅体系的氧指数。

所以,有机硅系阻燃剂能促进炭的生成,提高炭层的稳定性和改善炭层结构。该炭层还具有一定的抑烟作用。

有机硅系阻燃剂可通过与互穿聚合物网络(IPN)部分交联类似的机理与聚合物结合,这很大程度上限制了阻燃剂在聚合物内的流动,因此有机硅系阻燃剂无迁移现象。有机硅阻燃材料在燃烧时,开始熔融的阻燃剂穿过基材的缝隙迁移到基材表面,形成致密稳定的含硅焦化炭保护层,保护层的结构与组成,因阻燃体系的不同有所差异。与常规炭层相比,其炭层结构致密稳定,所以该炭层加强了隔热、断绝氧的供应、阻止高聚物热降解挥发物的逸出和防止熔滴滴落等作用。

利用有机硅对阻燃添加剂(如氢氧化铝、氢氧化镁等)表面处理,能增加它们在基材中的分散性,提高与基材的相容性,阻燃剂用量降低,基材的加工性能得以改善,物理机械性能影响减小。所以有机硅也是很好的阻燃协效剂和加工助剂。

不过,有机硅阻燃剂如聚二甲基硅烷(PDMS)阻燃效率不高,需要与其他阻燃剂或化合物如二碱式亚磷酸铅、三碱式硫酸铅、碳酸钙、氢氧化铝(或氢氧化镁)、硼酸锌等协同使用,才能达到理想的阻燃效果。当其与有机铅化合物混合使用时,阻燃材料燃烧时产生有毒气体。解决此问题的关键在于改进其分子结构、提高分子量等。主要有两种方式。


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利用常规聚合、接枝聚合等方法处理硅氧烷单体或聚硅氧烷,使之带上功能基团如乙烯基基团(例如溴化苯乙烯)、阻燃基团(例如卤代烷 烃基)、芳香基等,用于阻燃聚碳酸酯(PC)、聚(2,6-二甲基-1,4-苯氧)、木材等,单独使用阻燃级别能达到UL94V-0级,与溴系、磷系阻燃剂相比,不产生有毒气体,也无迁移之虞。

有些还能使被阻燃材料的冲击强度、低温延展等性能得到大幅度改善,耐热、再生性能及在基材中的分散性也得到提高,废物的毒性较低,如GE公司的SFR-100和SFR-1000(硅酮聚合物)可与多种协同剂[如?A族金属有机盐(硬脂酸盐)、多聚磷酸胺与季戊四醇混合物、氢氧化铝等]并用,用于阻燃烯烃,低用量即可满足一般阻燃要求,可代替通用的锑卤素阻燃剂体系;加工过程中,起到优异的润滑作用,使被阻燃材料容易填模并降低加工温度。

硅酸酯树脂或硅酸酯化合物经处理后,阻燃(PC)、聚异氰酸酯泡沫塑料等,添加量小,阻燃性能优异;而且抑烟性能良好,有些也能改善基材的机械性能如冲击性能、拉伸强度等和加工性能。可以看出,通过上述方法所合成的有机硅系阻燃剂不但阻燃性能优异,而且一定程度上还能改善基材的机械性能以及与基材的相容性。

由于硅系阻燃剂在赋予基材优异的阻燃性能之外,还能改善基材的其他性能(如加工性能、机械性能、耐热性能等),生态友好,阻燃材料的循环使用效果较好,能满足人们对阻燃剂的严格要求,所以近几年硅基阻燃剂及其阻燃技术得到了较快的发展。尤其是含硅本质阻燃高聚物发展更快,阻燃聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料已经成为阻燃界的一个研究热点。

本文作者介绍了硅系阻燃剂近几年的发展状况,并评述其发展趋势和应用前景。

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