卤系阻燃剂是传统的PP阻燃体系,主要包括十溴二苯醚(DBDPO)、八溴醚(TBAB)等,通常在这个体系里还会加入氧化锑(Sb2O3)作为阻燃协效剂,在提高卤系阻燃剂的阻燃效率的同时降低其用量。燃烧时阻燃材料首先释放出卤化氢HX和SbOX,SbOX在吸收大量热量之后分解生成的SbX3在火焰温度下能够中止PP燃烧时的自由基反应,同时SbOX、SbX3的蒸气密度较大,能够沉附在材料表面隔绝氧气,减缓燃烧速度。通过丙烯酸改性和Sb2O3超细化的方法还可以进一步改善Sb2O3与PP间的相容性,取得更好的综合性能。在溴系阻燃剂中,溴化环氧树脂具有优良的流动性、较高的阻燃效率、优异的热稳定性和光稳定性,同时能使被阻燃的材料具有良好的物理机械性能,不起霜,有广阔的市场空间。

但是卤系/氧化锑复合阻燃体系在燃烧的时候会产生大量有毒的烟雾,造成二次污染。近年来,随着对阻燃剂低毒、环境友好的进一步要求,卤系阻燃剂的使用受到了越来越多的限制。世界各大阻燃剂公司纷纷研究开发阻燃剂新品种和替代品,率先开发的十溴二苯醚的替代品,该产品具有良好的热稳定性和高的溴含量,燃烧时不会产生致癌物质。

氢氧化物阻燃剂主要包括氢氧化镁[Mg(OH)2]、氢氧化铝[Al(OH)3]和碱式碳酸铝镁等,属于添加型无机阻燃剂。燃烧时氢氧化物受热释放出结晶水,降低了气相燃烧区中可燃物的浓度并吸收大量的热量,延缓其热分解并降低燃烧速度;同时氢氧化物的分解产物能形成保护膜覆盖在PP表面,起到屏障作用,发挥良好的抑烟效果,是一种环境友好型的绿色阻燃剂,并且与红磷等无卤阻燃剂有一定的协效阻燃作用。

但氢氧化物属于无机物,具有亲水性,而PP的极性很弱,因此氢氧化物在PP中分散性和相容性都很差。并且用Mg(OH)2阻燃PP时,为使材料达到UL942V0阻燃级(312mm试样),用量须大于60%,这往往导致PP加工性能变差,机械性能显著劣化,在很大程度上限制了氢氧化物阻燃剂的进一步应用。如何增加氢氧化物与PP之间的相容性,减少其用量,受到越来越多的重视。

磷系阻燃剂主要包括磷酸三聚氰氨酯(MPP)、磷酸三苯酯(TPP)和多聚磷酸铵(APP)等,是一类无卤、少毒、无腐蚀性且阻燃效率高的阻燃体系,常与季戊四醇(PER)、氮系阻燃剂组成磷2氮膨胀型复合阻燃体系(IFRs)。在受热时磷系阻燃剂能在基体燃烧面上形成焦化炭层,阻止热量的传递和氧气入侵,抑制PP分解和可燃挥发性产物的逸出。在该体系中加入少量硼酸锌可以将磷系阻燃剂生成的块状炭之间的缝隙封闭起来,提高阻隔层的阻隔效果;但是硼酸锌过量会干扰脱水成炭过程,反而使氧指数大大降低。

有机硅化合物是一种新型、高效、低毒的环境友好非卤阻燃剂,也是一种成炭型的抑烟剂,能够促进炭层的形成,提高炭层的稳定性和改善炭层结构。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,能够限制阻燃剂在聚合物内的流动,因此有机硅系阻燃剂不会象卤系和磷系阻燃剂那样产生迁移现象。有机硅阻燃材料在燃烧的时候较早融滴,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,能够隔热,断绝氧气的供应。

聚丙烯的阻燃剂正向高效、低烟、绿色、环保和低成本的方向发展,在阻燃的同时力争取得材料加工性能和物理机械性能良好平衡,因此性能优异的无卤阻燃剂,特别是聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料阻燃体系的开发与应用将成为最为活跃的研究领域之一。

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