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工程塑料阻燃剂之卤素,磷氮系,无机阻燃剂分析

文章出处: 网责任编辑: 人气: 发表时候:2020-11-05 10:30:49 关键字:

原则上,能够阻止高聚物材料燃烧的物质都可选作阻燃剂。但实际上,除阻燃性外,阻燃剂还必须具备下列条件:

1)热分解温度要高于高聚物的加工温度(大约高出60°C左右)。

2)相溶性好。能够与高聚物均匀混合,不析出。

3)对其施加对象的其他性能无严重不良影响。如机械性能、加工性能、熔融指数及各项强度等。

4)生产成本低、无毒,燃烧时不释放有毒和腐蚀性气体。

工程塑料阻燃剂

实际上,任何单一物质均难以满足上述各种条件,好的阻燃剂往往由两种以上物质协同使用,从而要求人们不仅仅是寻找有效的阻燃剂,还要研究其最佳配方。按化学组成的不同,阻燃剂大致可以分为卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、无机阻燃剂三大类。

(一)卤系阻燃剂卤系阻燃剂品种最多,应用面也最广。卤系中的氟化物由于价格高、阻燃效力差,非特殊情况一般极少作阻燃剂使用。碘化物虽然阻燃效力好,但由于不稳定、易分解,而且价格高,因而也很少使用。唯有氯、溴才是作为卤系阻燃剂中最重要、最普遍的元素。实验表明,卤系阻燃剂在单独使用时,往往很难达到理想的阻燃效果,除非增加阻燃剂的用量。可是阻燃剂用量加大,又给高聚物的机械性能、加工性能带来不良影响。为解决这一矛盾,人们尝试添加一些其他物质同卤系阻燃剂混合使用,就可以较少用量获得较好的阻燃效果——这就是协同效应,常用的增效剂有Sb、N、P等化合物、最常见的增效剂是Sb2O3。

(二)磷系阻燃剂磷系阻燃剂的特点是阻燃效力高,但由于它对高聚物的机械加工性能影响较大,因而不如卤系阻燃剂使用广泛。磷系阻燃剂包括无机磷阻燃剂和有机磷阻燃剂两大类。1.无机磷阻燃剂:最常用的是红磷和聚磷酸铵。聚磷酸铵单独使用或与卤代物并用时,阻燃效果不大,当同其他磷化物或氯化物并用时,阻燃效能明显提高。在燃烧时,会发生以下变化:磷化合物→磷酸→偏磷酸→聚偏磷酸,聚偏磷酸玻璃体覆盖于燃烧体表面,隔绝空气。对于含氧的高聚物,聚偏磷酸还具有脱水作用,使高聚物脱水分解,生成致密的炭化层,使燃烧终止。

2.有机磷阻燃剂:这类阻燃剂主要包括磷酸酯、亚磷酸酯、磷化合物及卤化磷等。这些化合物大多同氮、溴化合物并用以提高阻燃效果。如聚丙烯中添加4.5%氯化石蜡,4.5%亚磷酸乙烯酯,可通过ASTM—D635—56T燃烧试验,如果不加氯化石蜡,即使加入15%亚磷酸乙烯酯,也达不到以上的阻燃效果。磷化合物的一个突出优点是防熔滴、发烟少,其中效果最佳的是卤化磷,若与聚磷酸铵并用,效果更好。

(三)其它无机阻燃剂有机阻燃剂大多都有毒性、腐蚀性、发烟性等缺点,而且价格较贵;无机阻燃剂恰恰可以弥补这些缺陷。一般无机阻燃剂往往兼有阻燃、消烟两种功能。因此近年来无机阻燃剂得到了迅速发展。除了前面提到的Sb、P无机物外,还有含AL、Mg、B、Mo、Zn等的无机物。这些无机物阻燃剂大多是吸热失水,水蒸汽起冷却和稀释可燃气体的作用,从而抑制燃烧的进行。

1.铝化合物:主要品种是AL(OH)3,当外界温度达到190°C时,AL(OH)3开始失水。但由于它的失水温度太低,不大适合于高聚物用。由于氧化铝来源丰富,价格低廉,具有阻燃剂、消烟剂和填充剂三重功能,所以仍不失为一个有发展前途的阻燃剂。

2.硼化合物:硼化合物是一类品种较多的阻燃剂,有硼酸锌、硼酸铵、硼酸、硼砂、偏硼酸钡等。其阻燃机理除同AL(OH)3一样吸热失水外,还具有同磷化合物类似的“膜效应”,生成一层固熔体覆盖在高聚物表面,产生阻燃效果。硼酸锌与Sb2O3等量并用,阻燃效果可超过它们单独使用的任何一个,而且发烟量少、价格低,硼酸锌的价格只有Sb2O3的三分之一左右,是一种理想的Sb2O3代用品。

3.氢氧化镁是高分子材料的添加型无机阻燃剂,与其它无机阻燃剂相比,氢氧化镁具有较多优点:

(一)氢氧化镁具有阻燃、消烟和填充三重功能,赋予材料无烟性、无腐蚀性,能获得更优良的阻燃和消烟效果;

(二)氢氧化镁在生产、使用和废弃过程中均无有害物质排放,不造成环境污染;

(三)氢氧化镁的初始热分解温度为340°C,490°C分解完全,比氢氧化铝的分解温度高140°C。它的总吸热量为44.8KJ/mol,比氢氧化铝的总吸热量约高17%。因此,它能承受更高的加工温度,有利于在产品生产中加快挤塑速度,缩短模塑时间;

(四)氢氧化镁在燃烧分解时除自身进行脱水外,还能促进聚合物的成碳作用,形成保护层,发挥出更好的阻燃效果;

(五)氢氧化镁与其它阻燃剂配合使用表现出良好的阻燃协同效应。