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阻燃剂对材料性能的影响

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2016-11-24 11:31:06
红磷是单质磷,阻燃机理较简单直接,红磷燃烧时生成P2O5和P2O3,都是具有强烈吸水性质的酸酐,不单吸收自然状态的水,而且具有强烈脱水性质,红磷阻燃剂对材料性能的影响体现在红磷能够提取高分子内的H、O元素,促进成碳,同时生成的磷酸附着在材料表面,隔绝材料与外界联系,达到阻燃目的。

BDP、RDP结构相近,同为液态形式,起作用的方式应该也在燃烧领域的凝聚相,成碳聚合物PPO可通过吸热重排为亚甲基交联的多酚,后者可被磷酸酯加速脱水和吸热脱氢成碳,而且这类不易挥发的阻燃剂对材料性能的影响体现在凝聚相具有抑制自由基作用,可以清除聚合物表面的烷基过氧自由基。

红磷阻燃效果最好,添加4份即可达到阻燃要求,环状磷酸酯添加8份,TPP添加到10份,BDP、RDP加入量为12份,MPP为16份时材料均能达到UL94V0级的标准。

与BDP、RDP不同,TPP是易挥发的磷酸酯,挥发性的磷化合物是有效的火焰抑制剂。TPP可以裂解成小分子或自由基,它们可使火焰区氢自由基浓度降低,而使火焰熄灭。其反应式如下:nH3PO4HPO2+PO·+其它PO·+H· HPOHPO + H· H2 + PO·PO·+OH· HPO + O·

在PPO/HIPS合金中,PPO形成保护炭层,TPP在火焰区起作用,即可在气相中抑制PS裂解生成的可燃产物的燃烧。

MPP属聚合型磷-氮系膨胀型阻燃剂,通常适于阻燃尼龙材料,通过提供酸源和气源可以达到良好阻燃效果,按照其阻燃机理,应该在PPO材料中的使用效果也能良好,但实际实验表明,只有在添加较大量的情况下才能达到V0级阻燃效果。而且MPP阻燃剂对材料性能的影响体现在材料韧性方面,不适于用作PPO/HIPS合金阻燃剂。

在阻燃机理、分子结构相近的情况下,磷含量越高的阻燃剂阻燃效果越好,实验也证实了这一点。各种阻燃剂磷含量大小为:红磷>环状磷酸酯(20.8%)>MPP(15%) >RDP(10.7%)>TPP(9.4%)>BDP(8.9%)

通过以上的实验可以看出,红磷阻燃效果最好。使用TPP、BDP、RDP要达到V0级阻燃效果都需要添加10多份阻燃剂,且对材料的热变形温度影响很大,达不到实验目的。使用新型的环状磷酸酯阻燃剂具有磷含量高、阻燃剂添加量少,阻燃效率高、对材料性能影响小的特点。

使用红磷阻燃剂材料的阻燃效率最高,综合力学性能最好,环状磷酸酯其次,但由于红磷颜色的限制,难以自由配色,所以实际应用就受到了一定限制。


磷酸三苯酯(阻燃剂TPP)是种含磷元素的无卤环保型阻燃剂,面上大多数产品为白色片状结晶,改产品为白色结晶性粉末,也更用于溶解于有机溶剂。产品生产出口厂家主要分布在江苏丶浙江,目前磷酸三苯酯(阻燃剂TPP)生产出口厂家价格以江苏为主。


在阻燃机理、分子结构相近的情况下,磷含量越高的阻燃剂阻燃效果越好。

分子内含有苯环结构的阻燃剂与PPO的相容性较好,同时阻燃剂的分子量越低,对材料的韧性等机械性能影响就越大。

采用分子量大、分子刚性强的磷酸酯阻燃剂可以有效降低阻燃剂对PPO的增塑作用,减少阻燃剂对PPO/HIPS合金热变形温度的影响。

尽管国内外对溴阻燃剂有毒无毒的争论从没有停息过,但溴系阻燃剂至今仍然是全世界范围内阻燃领域的主力军。溴系阻燃剂的优点在于分解温度大多在200℃~300℃,与各种高聚物的分解温度相匹配,因此能在最佳时刻、在气相及凝聚相同时起到阻燃作用。同时添加量少,阻燃效果好。目前溴阻燃剂的性能和价格仍具有很大的优势。

国内生产溴阻燃剂的企业往往是单兵作战,没有联合起来澄清一些关于溴阻燃剂对环境和人体危害传闻的意识,导致很多不利于溴阻燃剂的传闻得不到及时的澄清。

磷阻燃剂的开发也已经有很长的历史,主要有无机磷阻燃剂、膨胀型含磷阻燃剂、有机磷系阻燃剂等。膨胀型阻燃剂符合当今对材料抑烟、低毒的要求,是阻燃领域的研究热点之一。有机磷化物是添加型阻燃剂,燃烧时生成的偏磷酸可形成稳定的多聚体,覆盖于复合材料表面隔绝氧和可燃物,起到阻燃作用,但其阻燃效果不如溴化物。要达到同样的阻燃效果,磷系阻燃剂用量要比溴系阻燃剂多得多。

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