高分子阻燃剂配方设计指导

高分子阻燃剂配方设计指导

评论:0 条查看:75 次zswinner发表于2008-04-14 07:28

高分子阻燃剂配方设计指导

美国加利福尼亚州最高的、坐落在洛杉矶商业金融区的第一州际银行62层豪华大厦，于88年5月4日晚10点38分发生火灾，这是洛杉矶市历史上最大的高楼火灾。大火直至5日凌晨2时30分才扑灭，大楼被烧掉整整五层，其余楼层损失惨重。《纽约时报》说：这场火灾给现代摩天大楼的消防和安全提出了新问题。

美国的高楼大厦，虽说是钢筋水泥结构，但室内大多铺满化纤地毯或塑料地板块，墙面贴塑料壁纸，再加泡沫海绵沙发和床垫，塑料遮阳百叶窗以及一些含化学原料的家具和用品都是易燃物。地毯起火后，温度高达两千华氏度，产生的烟雾很快能使人窒息中毒。

随着现代科学技术的飞速发展，塑料、橡胶、纤维等高分子材料已渗透到国民经济及日常生活的各个角落。由于绝大多数有机高聚物的易燃性，使它们在电气、交通、建材及家庭等领域应用时的防火安全问题也日益显得突出。对于高分子材料的阻燃问题已引起许多国家的普遍关注，如美国、日本等发达国家已陆续建立起许多有关高分子材料的阻燃法规和标准，并不断地严格、升级。因此，大大刺激了阻燃剂的研制和开发。阻燃剂已成为精细化工产品家族中很重要的一员。本文拟就各种阻燃剂及对阻燃剂的评价和应用作一介绍。

一、阻燃剂的类型

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℃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。

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。

当前由于我国氯气过剩，开发性能优良的含氯或氯—溴兼有的阻燃剂，对防止高聚物引起火灾有着无法估计的经济意义和现实意义。

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。在表一中同时列出了一些增效剂。

（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℃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℃，490℃分解完全，比氢氧化铝的分解温度高140℃。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