膨胀型阻燃剂(IFR)因其低烟低毒的特点而受到青睐。目前市售IFR主要由催化APP,发泡剂三聚氰胺和成炭剂季戊四醇组成,但该体系各组分均具有一定的水溶性,不能满足成型加工的要求。虽然高聚合度APP的水溶性得到了显著改善,但温度较高时仍会因水解等散失有效成分。为了解决这一难题,目前较为常见的改性方法主要有偶联剂改性﹑表面活性剂改性﹑三聚氰胺改性﹑以及微胶囊化等4种。测试结果表明,改性后的APP粒子表面呈疏水性,在树脂中的分散性得到很大改善。但由于硅烷偶联剂本身价格较高,使之成本提高。

用表面活性剂改性处理APP颗粒表面,改善了APP与有机树脂的相容性和分散性,但不能改善其吸湿性。利用三聚氰胺进行表面改性也是近年来研究比较多的课题,较常见的是将一定量的三聚氰胺与APP混合加热,将三聚氰胺包覆在APP的表面,但三聚氰胺本身是极性的,因此仍然存在吸湿性问题。微胶囊技术是指利用天然的或合成的高分子包囊材料,将固体的﹑液体的﹑甚至是气体的微小芯核物质包覆,形成直径1~50Lm的一种具有半透性或封闭膜的微型胶囊,采用微胶囊技术进行包覆处理可以赋予其更高的热稳定性和耐水性,并改善其操作性,利于环境保护,扩大其应用范围。

微胶囊技术可以通过界面聚合﹑原位聚合﹑界面缩聚等方法以耐热性较高的聚脲、蜜胺树脂﹑环氧树脂等作为包覆材料对APP进行微胶囊化。三聚氰胺是IFR的发泡剂,而甲醛是合成季戊四醇的原料,其本身含有的羟基可以作为成炭剂使用,并且MF是常用的水溶性黏合剂,经加热固化后交联为不溶于水的体型化合物。采用MF为囊材对APP进行微胶囊化,试图得到耐水性优良的MAPP。

可以看出,当囊材的量较少时,MAPP的残炭率较大,但膨胀度较小,炭层较密实。随着囊材量的增加,残炭率减小,膨胀度增大,形成蓬松多孔膨胀炭层。但囊材量继续增加,膨胀度减小,炭层疏松,影响了炭层的结构和质量,从而使材料的隔热阻燃效果下降。

MAPP在PP中的阻燃性能比APP有很大改善。氧指数随着囊材量的增加而增加,水平燃烧现象从滴落变为不滴落,燃烧后形成膨胀的炭。自熄时间也从不能自熄变为可以自熄,自熄时间明显缩短。

当APP/MF=3/1时,氧指数增到2614%,水平燃烧5s即可自熄。当囊材的量继续增加时,芯材的氧指数减小,自熄时间也加,MAPP在PP中的阻燃性能下降。因此确定了囊材与芯材最佳比例是APP/MF=3/1。

随着MAPP含量的增加,MAPP在PP中的氧指数增加,水平燃烧现象从滴落变为不滴落,燃烧后形成膨胀的炭。自熄时间也从不能自熄变为可以自熄,自熄时间明显缩短。当PP/MAPP=70/30时,氧指数增到30.6%,水平燃烧13s即可自熄。当MAPP的量继续增加时,氧指数增加幅度变小,自熄时间缩短。

一个小放热峰,在高于300e时放热不明显,且PP/MAPP在350~450e之间有吸热峰。可以设想,PP/APP中,APP分解吸热,分解产物磷酸与PP被空气氧化生成的羟基、羧基等交联成炭,降低了PP的降解速度,降低了可燃物的浓度从而降低了放热量,起到了阻燃的作用。PP/MAPP中除了APP与PP的交联作用,还存在囊材成炭剂在APP催化作用下的膨胀成炭放出气体的吸热过程,以及膨胀型炭层的隔热隔氧作用,阻燃效果更佳。

以MF为囊材对APP进行微胶囊化可制得耐水性优良的MAPP;MAPP为膨胀型阻燃剂,PP/MAPP的阻燃性能比PP/APP有很大提高,APP/MF=3/1时,PP/MAPP的阻燃效果达到最佳;PP/MAPP的热降解速度PP/APP的大,但释热量减小。

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