塑料无卤阻燃剂研究进展

塑料无卤阻燃剂研究进展

邵鸿飞          苏 芳

(中国兵器工业第五三研究所,济南 250031) (北京化工大学北方学院,三河 065201)

  摘要 综述了无机阻燃剂、有机阻燃剂、硅系阻燃剂、氮系阻燃剂等新型塑料无卤阻燃剂的研究进展及阻燃机理,介绍了无卤阻燃剂的未来发展方向。

关键词 塑料 无卤阻燃剂 研究进展

  随着国民经济的发展,塑料制品的应用日趋广泛,在人民生活中的地位越来越重要。然而绝大多数塑料都容易燃烧,由此带来的火灾隐患已成为全球关注的问题。阻燃剂是塑料助剂中必不可少的一种,传统的卤系阻燃剂阻燃效率高,但燃烧过程中很多烟雾和腐蚀性气体容易造成二次污染。而无卤阻燃剂由于具有低烟、低毒等特点,得到了广泛应用。因此,不论是从环保角度还是从经济发展上考虑,高效无卤阻燃剂都是未来阻燃工业的发展方向。笔者论述了国内外常用无卤阻燃剂的种类及发展方向。1 无机阻燃剂1.1 A l (O H )3

A l (O H )3是以烧碱分解铝钒土制取的,工业级A l (O H )3

经化学处理、洗涤、干燥、机械粉碎及复合后精制而得。其占整个阻燃剂用量的40%以上

[1]

。A l (O H )3具有阻燃、消烟、

填充3个功能,因其不挥发,无毒,不产生二次污染,又可与多种物质产生协同阻燃效应,被誉为“无公害阻燃剂”。其阻燃机理[2]是:①加入A l (O H )3可降低可燃物的浓度;②在250℃左右开始脱水、吸热,抑制聚合物的升温;③分解生成的水蒸气稀释了可燃气体和氧气的浓度,可阻止燃烧进行;④在可燃物表面生成A l 2O 3,阻止燃烧。

使用A l (O H )3时,与有机聚合物的亲和性较差,界面结合力小,所以高的添加量才能获得适中的阻燃性,通常加入50%以上才能显示很好的阻燃效果

[3]

。但同时会降低聚合

物的力学性能,不利于聚合物的加工。解决的方法是:①对粒子进行表面改性,既可用表面活性剂进行涂覆,以获得优良的电性能;又可使用硅烷偶联剂提高其力学强度。经表面处理的A l (O H )3表面活性得到了提高,降低了其表面的吸湿率,提高了阻燃制品的电气性能,可使阻燃效果由F V-1级提高到F V-0级。②改进造粒技术,向纳米化方向发展。陈妍等

[4]

将自制的纳米改性A l (O H )3用不同表面改性剂进

行改性,以不同比例添加到尼龙(P A )66中制得复合材料。该复合材料的阻燃性能、拉伸性能和冲击性能都有所改善。Z h a n g X i n g u i 等

[5]

将纳米A l (O H )3用于(

乙烯/乙酸乙烯酯)共聚物(E /V A C )的阻燃,当其质量分数为60%时,极限氧指数(L O I )可达37.9%,同时阻燃材料的力学性能下降不大。1.2 M g (O H )2

M g (O H )2是目前发展较快的一种添加型阻燃剂,具有

热稳定性好、不产生有毒气体、价格便宜等优点[6],能中和燃烧过程中的酸性、腐蚀性气体,是一种环保型绿色阻燃剂。与A l (O H )3相比,分解温度更高,为350~400℃[A l (O H )3为250℃],故可用于阻燃高温分解型聚合物,且还有促进聚合物成炭的作用,应用范围更广。据统计,西方工业发达国

家M g (O H )2消耗量占无机阻燃剂的30%以上

[7]

。M g (O H )2作为阻燃剂的用量很大,要达到一定的阻燃效果,添加量要在50%以上,这会对材料的物理力学性能产生较大影响。为减少聚合物中M g (O H )2添加量,一种办法

是将M g (O H )2颗粒细微化。姚佳良等

[8]研究了纳米M g (O H )2填充聚丙烯(P P )体系的阻燃性能。结果表明,纳米M g (O H )2质量分数为60%时达到F V-0级标准。另一种办法是采用包覆技术对M g (O H )2进行表面改性。美国索莱姆公司推出经过硅碳偶联剂等表面处理的M g (O H )2新品种,在低添加量的情况下获得良好的阻燃效果。

协同复合技术也是一个研究热点。曲敏杰等[9]将A l (O H )3/M g (O H )2配合使用阻燃P P ,结果发现,当二者共同使用且各占30份时,L O I 达到26.9%,比它们单独使用时效果好。

S .K i m [10]研究表明,M g (O H )2与硼酸锌和滑石粉在聚乙烯(P E )中有协同效应,不仅提高了材料的热稳定性和抑烟效果,而且在燃烧时形成坚硬密实的炭化层,提高了阻燃性能。邵宗龙等[11]制备了磷腈化合物作为M g (O H )2的阻燃增效剂。研究表明,磷腈化合物与M g (O H )2共同使用可以得到L O I 达到32%以上的阻燃P E 电缆料。1.3 红磷

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。阻燃机理为受热分解,形成具有极强脱水性的偏磷酸,从而使燃烧的聚合物表面炭化,炭化层一方面可减少可燃气体的放出;另一方面还具有吸热作用。另外,红磷与氧形成P O ·自由基进入气相后,可捕捉大量的H ·、H O ·自由基。但红磷具有易吸潮、氧化变质,易自燃,易吸水,与聚合物兼容性差等问题,因此作为阻燃剂的红磷只有经过表面处理才能有效使用,其中微胶囊化是最有效的方法。Wu Q i a n g 等[12]制备了微胶囊化红磷阻燃P P 材料,加入5%微

  收稿日期:2009-06-05

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