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浅述塑料阻燃剂的发展

发布日期:2014-11-28   浏览次数:956



氢氧化铝[Al(OH)3],其用量占阻燃剂使用总量的40%以上。Al(OH)3本身具有阻燃、消烟、填充三个功能,因其不挥发、无毒,又可与多种物质产生协同阻燃作用,被誉为无公害无机阻燃剂。但是,Al(OH)3有添加量大的缺点,通常需要加入50%以上才能显示很好的阻燃效果。为了克服这一缺点,可采用改进造粒技术,向超细化方向发展,使粒度分布变窄;改进包覆技术以改善其在聚合物中的分散性;用大分子键合方式处理等方法进行。



氢氧化镁[Mg(OH)2]是目前发展较快的一种添加型阻燃剂,低烟、无毒,能中和燃烧过程中的酸性、腐蚀性气体,故是一种环保型绿色阻燃剂。其阻燃机理与Al(OH)3相似。与Al(OH)3相比,Mg(OH)2的分解温度比Al(OH)3高100 ̄150℃,可用于加工温度高于250℃的工程塑料的阻燃,且还有促进聚合物成炭的作用,但要达到一定的阻燃效果,添加量需要在50%以上,对材料的性能影响很大。为减少聚合物中Mg(OH)2的添加量,一种办法是将Mg(OH)2颗粒细微化,另一方法是采用包覆技术对Mg(OH)2表面进行改性,以提高其与聚合物的相容性。



红磷是一种性能优良的阻燃剂,具有高效、抑烟、低毒的阻燃效果,但易吸潮、氧化、并放出剧毒的气体,粉尘易爆炸,呈深红色,因此使用受到很大的限制。为了解决上述这些缺点,对红磷进行表面处理是研究的主要方向,其中微胶囊化是最有效的方法。目前国际市场上已经有多种型号的微胶囊红磷产品,国内也进行了大量的研究,一般使用氢氧化铝、金属硫酸盐、合成树脂为包囊壁材,但是推向市场的并不多。



今后红磷表面处理发展方向为:一是通过对包囊的囊材进行改性,使其同时兼具热稳定、增塑和阻燃等功能,发展多功能的微胶囊红磷阻燃剂;二是研究各种阻燃剂与红磷阻燃剂的有效复配关系,并使之微胶囊化,增加阻燃效果,提高材料力学性能;三是红磷具有抑烟效果,可以寻找合适的消烟剂与之进行复配,火灾中抑烟比防火更为重要,促进发展消烟技术。



可膨胀石墨是近年出现的一种新型无卤阻燃剂,它是由天然石墨经浓硫酸酸化处理,然后经水洗、过滤、干燥后,再在900 ̄1000℃下膨化制得。可膨胀石墨膨胀的初始温度为220℃左右,一般在



220℃开始轻微膨胀,在230 ̄280℃迅速膨胀,之后体积可达原来的100多倍,甚至280倍。



聚磷酸铵是一种性能良好的无机阻燃剂,是目前磷系阻燃剂比较活跃的研究领域,其外观为白色粉末,分解温度>256℃,聚合度在10 ̄20之间为水溶性的,聚合度大于20的难溶于水。APP比有机阻燃剂价廉、毒性低、热稳定性好,可单独或与其他阻燃剂复合用于塑料的阻燃。高温下,APP迅速分解成氨气和聚磷酸,氨气可以稀释气相中的氧气浓度,从而起阻止燃烧的作用。聚磷酸是强脱水剂,可使聚合物脱水炭化形成炭层,隔绝聚合物与氧气的接触,在固相起阻止燃烧的作用。



有机阻燃剂种类繁多,发展速度也非常快,可分为卤素阻燃剂和无卤阻燃剂。卤素阻燃剂是使用最早的一类阻燃剂,但由于分解放出有毒气体,所以使用上受到很大限制。无卤阻燃剂不含卤素,阻燃效果好,受热分解时产生的气体低烟、低毒,受到广泛欢迎。无卤阻燃剂又可分为磷系阻燃剂、氮系阻燃剂和膨胀型阻燃剂等。



氧化膦的水解稳定性优于磷酸酯,是一种稳定性极高的有机膦化合物,可用作聚酯的阻燃剂,阻燃聚酯色泽好、机械性能好。该类阻燃剂分为两大类,一类是添加性,另一类是反应性。近年来人们在高相对分子质量的均聚物中引入三芳基氧化膦单体,制备阻燃型工程塑料已经成为研究的热点。用含有活性官能团的氧化膦单体掺入共聚,可以制造阻燃聚酯、聚碳酸酯、环氧树脂和聚氨酯等,通过反应将含磷单体结合到合成材料的分子链上,赋予材料永久的阻燃性,而且不会渗出。



无机阻燃剂具有稳定性高、不易挥发、烟气毒性低和成本低等优点,目前越来越受到人们的青睐。但是由于其与合成材料的相容性较差、添加量大,使得材料的力学性能和耐热性能都有所降低。因此,对无机阻燃剂进行改性,增强其与合成材料的相容性,降低用量成为无机阻燃剂的发展趋势之一。目前,氢氧化铝(ATH)的超细化、纳米化是主要研究开发方向。ATH的大量添加会降低材料的机械性能,然后通过ATH的微细化再进行填充,反而会起到刚性粒子增塑增强的效果,特别是纳米级材料。



纵观近年来的阻燃剂研究开发与发展状况,可以看出其正逐步向环保化、低毒化、高效化、多功能化等方向发展,超细化技术、微胶囊化技术、复配协同技术、交联技术以及大分子技术等阻燃剂研究开发新技术将不断得到发展,我国应顺应世界塑料阻燃剂的发展潮流,提高开发创新能力,推动我国阻燃剂工业朝着环保化、低毒化、高效化、多功能化方向发展。

 

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