塑料助剂

6.3膨胀型阻燃剂(IFR)。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
IFR是一种新型的阻燃体系,以磷和氮为有效阻燃组分不含 卤素,也不必采用氧化锑为协效剂.含有这种阻燃剂的高聚 物受热时,表面能生成一层均匀的炭质泡沫层，此层能隔 热、隔氧、抑烟等，并能防止熔滴，因而具有良好的阻 燃性能。IFR体系一般是由酸源、碳源及气源组成。通常 有混合型和单体型（三源同存于单一分子内）两种。从 总体上来看，IFR体系还处于开发阶段，现有IFR体系普遍 存在着添加量大，吸湿严的缺点，还有待于进一步完善。 为此人们做了大量的工作，有效地弥补了IFR使高分子材 料使用性能下降的不足，所以有很大的发展前景。
1、聚硅氧烷 2、硅烷的共聚物 3、添加硅树脂 4、硅胶-碳酸钾阻燃体系 5、硅酸盐 6、聚合物/黏土纳米复合材料（PCN）
2.5.1氮系阻燃剂种类：
主要有双氰胺、联二脲、胍盐、三聚氰胺及其盐。
2.5.2阻燃机理：
这类阻燃剂主要通过分解吸热及生成不燃性气体以 稀释可燃物而发挥作用。
4阻燃剂的选取原则
（一）阻燃效果显著，作用时间长； （二）不影响材料的物理、机械及加工性能； （三）燃烧或受热分解时发烟量小，毒性低； （四）价格便宜，操作方便。
5国内阻燃剂的发展现状
早在19世纪初，人们已研制出了多种阻燃剂。随着合成工业领域的不断拓 宽及阻燃法规的不断完善，从六十年代开始，阻燃剂经历了一个蓬勃发展 的阶段。以美国为例，六十年代至今，其阻燃剂消耗量增加了三十倍左右。 日本的阻燃剂工业起步较晚，但发展较快，1980年和1982年阻燃剂消费量 为6万吨和7.3万吨,到1996年达15.4万吨，15年间增长了两倍多。西欧由于 缺乏立法，限制了阻燃技术的发展，1988年以前的阻燃剂市场一直处于停 滞不前的状态。目前英、德等国已立法，西欧各国阻燃剂消费量迅速上涨。 相比之下，我国阻燃剂开发较晚，起步于五十年代，六、七十年代基本上 处于停滞状态，只研制了四溴乙烷三磷酸酯等少量产品。进入八十年代才 开始飞速发展，85年产量为5KT，现在阻燃剂的总产量在10万吨左右。到 目前为止，我国从事阻燃剂研制的单位已达50余家，研制的阻燃剂品种 120余种。但在开发新产品方面有待于进一步提高，而且阻燃剂产品暂时 还没形成竞争的商业市场，这在某种程度上束缚了阻燃剂的发展。但这种 情况正在得到改善，不仅是公安部而且各类高校和科研所近几年来都投入 了很大的力量进行阻燃剂方面的开发。目前我国已能生产无机系、磷系、 溴系和氯系四大类阻燃剂。
① 发生火灾后，阻燃产品比未阻燃产品试样多赢得15倍的人员撤离和抢救财产的时间； ② 材料燃烧时的质量损失速率阻燃试样不到未阻燃试样的1/2； ③ 材料燃烧时，阻燃试样与未阻燃试样相比，放热速率仅为1/4； ④ 材料燃烧时生成的有毒气体量（换算成CO计），阻燃试样只为未阻燃试样的1/3；
阻燃试样与未阻燃试样的两者燃烧时生成的烟量接近。但是阻燃材料不能成为不燃 材料，它们在大火中仍能燃烧，不过它可以减缓燃烧让人们赢得时间，减少火灾的 发生，防止小火发展成灾难性的大火。
3.2凝聚相阻燃机理
磷的阻燃剂可在凝聚相或者气相中发挥作用。其阻燃机理取决 于磷化物的类型、聚合物的结构及燃耗条件。 凝聚相阻燃在凝聚相中延缓或中断阻燃材料热分解而产生的阻 燃作用：
⑴阻燃剂在固相中延缓或阻止可产生可燃性气体和自由基的热 分解。 ⑵阻燃材料中比热容较大的无机填料，通过蓄热和导热使材料 不易达到热分解温度。 ⑶阻燃剂受热分解吸热，使阻燃材料温升减缓或中止。工业上 大量使用的氢氧化铝及氢氧化镁均属此类阻燃剂。 ⑷阻燃材料燃烧时在其表面生成多孔炭层，此层难燃、隔热、 隔氧，又可阻止可燃气进入燃烧气相，致使燃烧中断。膨胀型 阻燃剂即按此机理阻燃。
阻燃剂
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阻燃剂的介绍 阻燃剂的种类 阻燃机理 阻燃剂的选取原则
国内阻燃剂的发展现状
现有产品的发展建议与改进
1.1阻燃剂的重要性
阻燃剂是一类能够阻止塑料引燃或抑制火焰转播的助剂。 与无机材料相比，塑料等有机高分子材料的耐热性和耐 燃性远为逊色。它们受热易分解，遇热易燃烧。因此， 在塑料的稳定化中，阻燃是一个重要课题。特别是近几 年来塑料在建筑、交通工具、电气电子、日用家具等领 域的应用日趋扩展，阻燃问题越发突出，它不仅具有经 济上的意义，而且还有着保护人身安全的重要性。 近年来火灾频繁，特大火灾伤人事故常有发生，特别是 公共场所几次火灾造成重大人员死伤和财产损失，社会 影响很大。 对高聚物进行阻燃处理是减少火灾的重要措 施之一。
3.3中断热交换机理
是指将阻燃材料燃烧产生的部分热量带走，致使材 料不能维持热分解温度，因而不能持续产生可燃气 体，于是燃烧自熄。例如，当阻燃材料受强热或燃 烧时可熔化，而熔融材料易滴落，因而将大部分热 量带走，减少了反馈至本体的热量，致使燃烧延缓， 最后可能终止燃烧。所以，易熔融材料的可燃性通 常都较低，但滴落的灼热液滴可引燃其他物质，增 加火灾危险性。
在成炭效果差的阻燃聚烯烃或聚苯乙烯系聚合物中，一般需要加入成炭组分。 聚磷酸铵 存在的问题：
1、水敏性 2、添加阻燃剂量大 3、解决方法 4、提高分子量、改变结晶形态及包覆处理
2.4含硅阻燃剂
含硅阻燃剂及其阻燃技术目前得到广泛的研究，由于含 硅阻燃的高聚物大多少烟无毒，燃烧热值低，火焰传播 速度慢，而受到重视，其发展潜力和应用前景是十分巨 大和广阔的。 含硅阻燃剂分类：
6.4合金型阻燃剂的研究。
所谓合金型阻燃剂就是一种以红磷为基础配以多种改性 助剂及材料、以分子链及靠界面融接而结合为一个分子 集团，再以表面活性剂单分子层外包裹的微胶囊化产品。 合金型阻燃剂主要是根据冶金上合金处理思想，经过技 术处理，引入极性基团，将各种原料结合力较弱的松散 分子键进一步松散化，使各种化合物相互穿插、结合、 缠绕，成为一个集团分子。然后进一步粉碎到要求的粒 度，最后再将表面活性剂包裹于集团粒子表面微胶囊化， 提高与塑料的相容性，这种合金型阻燃剂初步应用于回 收聚乙烯、聚丙烯和双拉聚丙烯打包带等阻燃剂制品上 获得较好的效果。
2.5.3优点：
1、无色、无卤、低毒、低烟，不产生腐蚀性气体。 2、含氮化合物阻燃剂由于它对环境的污染作用较小。 3、含氮阻燃剂燃烧时释放HCN、NO、NO2等毒性较 大的气体，但经测定含量极少。释放出来的主要成 分是NH3。 4、还具有价廉，抗紫外线等优点。
2.6其他的一些无机阻燃剂和抑烟剂
6.2磷系阻燃剂
含磷化合物存在许多氧化态，它们的受热分解产物具有强 烈的脱水作用，使所覆盖的聚合物表面炭化，形成炭膜， 起到阻燃作用。磷系阻燃剂还有增塑功能，它可使阻燃剂 实现无卤化。一般磷系包括无机磷系和有机磷系。无机磷 系阻燃剂包括红磷、磷酸铵盐和聚磷酸铵；有机磷系阻燃 剂包括磷酸酯、亚磷酸酯、膦酸酯和膦盐等系列。
2.1卤系阻燃剂
卤系阻燃剂是目前世界上产量最大的有机阻燃剂之一。 卤系阻燃剂主要用于电子和建筑工业，约50～100种含卤阻燃剂覆盖了大 多数的市场需求。 卤系阻燃剂的阻燃效率高，价格适中，其性能价格比这一指标是其他阻燃 剂难以与之相比，加之卤系阻剂的品种多，适用范围广所以得到人们的青 睐。 卤系阻燃剂在热裂解或燃烧时生成较多的烟和腐蚀性的气体，以及二噁英， 但目前卤系阻燃剂仍占据塑料阻燃剂的主导地位。自1986年以来，德国等 欧洲国家与美国就多溴二苯醚等卤系阻燃剂的毒性与环境问题展开争论， 在缺乏溴系阻燃剂合适代用品的前提下，溴类阻燃剂在世界范围内还会被 用相当长的时间，而且还会有一定的增长率。但从长远看阻燃剂的无卤化 是人们最终目标。 超过80%的含卤阻燃剂用于电子、办公设备及建筑工业， 主要品种是热塑性通用塑料（苯乙烯及其共聚物等）、热塑性工程塑料和 热固性塑料（如）环氧树脂。
6.1发展高效型阻燃剂
现用的常规阻燃剂，阻燃效率低，用量大，从而恶 化了高聚物基材愿有的优异性能，增加高聚物燃烧 或热解时生成的烟量及有毒气体量，增加材料的价 格，并造成阻燃高聚物加工及回收方面的困难，因 此寻求高效的阻燃剂系统是人们长期的目标。据专 家们预测，具有下述特征之一的阻燃系统有可能成 为具有发展前景的未来高效阻燃剂：能抑制凝聚相 的氧化反应；具有催化阻燃作用；能发挥高效的气 相阻燃作用；能生成有效的含炭层或其它阻燃元素 的防护层。
在1820年左右，盖．吕萨克对纺织品的阻燃问题系统地进行了研究，他利用磷酸 铵、氯化铵、硼砂等无机化合物配臵成适用于纤维素的阻燃剂
（二）磷酸二氢胺和磷酸氢二胺
磷酸二氢胺和磷酸氢二胺，或低分子量聚磷酸胺与硼酸铵、硫酸铵、氨基磺酸铵 和溴化铵的共混物，是尼龙类的有效阻燃剂。
（三）红磷 （四）聚磷酸铵
（四）铁化合物：
3.1气相阻燃机理
气相阻燃系统指在气相中使燃烧中断或延缓链式燃烧反应的阻燃作用，下 述几种情况下的阻燃都属于气相阻燃。
（1）阻燃材料受热或燃烧时能产生自由基抑制剂，从而使燃烧链式反应中断。 （2）阻燃材料受热或燃烧时生成细微粒子，它们能促进自由基相互结合以中止 链式燃烧反应。 （3）阻燃材料受热或燃烧时释放出大量的惰性气体或高密度蒸汽，前者可稀释 氧和气态可燃物，并降低此可燃气的温度，致使燃烧中止;后者则覆盖于可燃气 上，隔绝它与空气的接触，因而使燃烧窒息。可挥发性、低沸点的含磷化合物， 诸如三烷基氧化磷(R3PO)，属于气相阻燃剂。质谱分析表明，三苯基磷酸酯和三 苯基磷氧在火焰中裂解成自由基碎片，这些自由基像卤化物一样捕获H·及O· 游离 基，从而起到抑制燃烧链式反应的作用。 在红磷的燃烧和裂解中，也形成P·，它们和聚合物中的氧发生反应生成磷 酸 酯结构。此外，膨胀阻燃体系也可能在气相中发挥作用，其中的胺类化合物遇热 可分解产生NH3、H2O和NO，前两种气体可稀释火焰区的氧浓度，后者可使燃烧 赖以进行的自由基淬灭，致使链反应终止。
2.2.1含磷阻燃剂的应用：
可作为热塑性塑料、热固性塑料、织物、纸张、涂 料和胶黏剂等的阻燃剂。
2.2.2种类：
1、红磷 2、水溶性的无机磷酸盐类 3、不溶性的聚磷酸铵 4、有机磷酸酯和膦酸酯类 5、氧化膦类 6、氯烃基磷酸酯类和溴芳烃基磷酸酯类。
2.3无机阻燃剂
（一）磷酸铵
6.5纸用阻燃剂的研究
一般的纸张多是易燃品，在现实生活中有相当数量的火 灾是由纸和包装材料引起的，为了消除火灾隐患，许多 国家制定了各类防火安全法规，对纸和纸张阻燃性能的 要求都在与日俱增。阻燃剂一般有两类：一是以石棉、 矿棉、玻璃纤维等无机纤维为主要成分生产的纸，另一 类就是在纸浆中添加各类阻燃剂或经浸渍涂布制成具有 阻燃效果的纸产品，目前后一类纸产品的发展较快。现 在用于纸阻燃的主要是磷系阻燃剂、卤系阻燃剂、水合 氧化铝阻燃剂、硼砂物阻燃剂。磷系阻燃剂用于纸阻燃 的品种比较多，最早用于造纸工业的含磷阻燃剂是磷酸 氢二铵，而目前应用普遍的是尽几年来发展起来的。
（一）钙化合物：
1、硼酸钙 2、碳酸钙 4、氢氧化钙
（二）锡系阻燃剂
（三）钼化合物：
对含卤阻燃剂有协效作用，可作为Sb2O3的替代品。它比氧化锑生烟量少，无毒。 钼化合物的凝聚相增加炭化作用已被试验有力的证明。 氧化钼与含卤阻燃剂并用提高了氧指数，特别是在消烟上有特别效果。 高效钼系抑烟剂有氧化钼（MoO3）和八钼酸铵（AOM），其次有钼酸钙及钼酸锌。 二茂铁作为硬质PVC的抑烟剂。 尼龙66试样中，加入1.5%硫化锌与1.5%三氧化二铁，与12%得克隆复配物可达UL94 V-0 级。
1.2 阻燃作用举例：
对家具的燃烧研究表明：不含阻燃剂的扶手椅仅能提供2min的安全撤离时间，而含 阻燃剂的扶手椅则提供了22min安全撤离时间。 20世纪70年代早期，当时美国有1 200万台电视机，每年由于电视引起的火灾约有20 000起 ；1979年7月要求达到UL94 V-0级阻燃标准，每年每百万台电视机造成火灾数 量在2.5～l0起 。 1987年美国国家标准局比较了5种典型塑料制品的阻燃试样和未阻燃试样的火灾危险 性，测定得到的结果如下：