无卤阻燃

前言

现代高分子材料品种越来越多, 各项性能得到极大的提高, 使用也日趋广泛。常见的高分子材料基本上都是易燃的, 因此, 阻燃技术受到人们的关注。日益严格的防火安全标准和塑料产量的快速增长, 使近几年来全球阻燃剂的用量及销售市场一直呈增长的趋势。目前, 含卤阻燃剂( 特别是溴系阻燃剂) 被广泛用于高分子阻燃材料, 并起到了较好的阻燃作用。但是采用含卤阻燃剂的高分子材料在燃烧过程中会产生大量有毒、腐蚀性气体和烟雾, 使人窒息而死, 其危害性比大火本身更为严重。无卤阻燃剂具有环保、安全、抑烟、无毒和价廉

1 无机阻燃剂

无机阻燃剂具有稳定性好, 低毒或无毒, 贮存过程中不挥发、不析出,原料来源丰富, 价格低廉等优点, 兼具阻燃、填充双重功能; 并对环境友好, 是很有前途的阻燃剂。无机阻燃剂包括 A l( OH ) 3 , M g( O H) 2 , 无机磷系等。

1. 1 金属水合物

在高分子材料阻燃的长期研究中, 人们发现适合作为无卤阻燃剂的金属水合物以 A l( OH ) 3 和 M g( OH) 2 为主。这是因为 Al( OH ) 3和 Mg ( OH ) 2 具有填充剂、阻燃剂、发烟抑制剂三重功能。当其受热分解时释放出结晶水, 吸收大量的热量, 产生

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收稿日期: 2011 02 25 作者简介: 黄辉( 1983 ) , 男, 工学硕士, 研究实习员, 从事消防装备和阻燃制品的研究。

高分子材料无卤阻燃剂的研究现状

上海塑料 2011 年第 1 期( 总第 153 期)

的水蒸气降低了可燃性气体的浓度, 并使材料与空气隔绝; 同时生

成的耐热金属氧化物 A l2 O3 和 M g O 还会催化聚合物的热氧

交联反应, 在聚合物表面形成一层炭化膜, 减弱材料燃烧时的传热、传质效应, 从而不仅起到阻止燃烧的作用, 还起到了消烟的作用。A l( OH ) 分解温度范围为 235~ 350 , 吸热量为 968 J/ g。由于其分解温度较低, 因此, 作为阻燃剂通常只适用于加工温度较低的高分子材料。与 A l( OH ) 3 相比, M g ( OH ) 2 具有更好的热稳定性, 更强的促进基材成炭和提高氧指数

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1. 2 无机磷

无机磷系阻燃剂主要指红磷。它是一种性能优良的阻燃剂, 具有高效、抑烟、低毒等阻燃效果。其阻燃机理为: 受热分解后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; 炭化层既可以阻

止可燃气体的放出, 又具有吸热作用。另外, 红磷与氧形成 P O 自由基进入气相后, 可捕捉大量 H 和 H O 自由基。但在使用时存在着以下缺点: ( 1) 由于红磷在使用时稳定性差, 易燃易爆炸, 易氧化成酸; 与空气长期接触会放出剧毒的磷化氢( P H 3 ) 。( 2) 本身为红色, 易使制品着色。 ( 3) 容易吸潮, 与聚合物兼容性较差, 从而限制了其作为阻燃剂的广泛应用。为了解决上述弊端, 微胶囊化红磷是红磷作为阻燃剂研究最主要方向之一[ 7] 。红磷经微胶囊化处理后,

一是可克服红磷性能上的缺点, 消除红磷在贮运、材料加工过程中的隐患; 二是白度化, 淡化红磷的颜色, 拓宽红磷的应用范围; 三是可

改善与基材的相容性, 减小对基材力学性能的影响; 四是可通过对

囊材的选择, 实现多种阻燃剂的复配, 提高阻燃抑烟效能。目前, 美国、德国、日本、瑞士、英国等国家均有多种型号微胶囊红磷产

品推向国际市场, 如英国的 A lbright & Wils on 公司的 A M GA RD CRP 和 AM GA RD CPC 系列微胶囊红磷, 用于各种合成材料领域中。国内也进行了一定的研究, 如国内湘潭大学、深圳益通生物化工公司、晨光化工研究院、天津阻燃技术研究所、杭州化工研究所等单位均有相关产品推出。黄兆阁等[8] 采用 M g ( OH ) 2 包覆红磷作为无卤阻燃剂对聚丙烯进行阻燃改性研究。结果表明: 将 80 份 M

g ( OH ) 2 和 10 份红磷复配具有明显的协同阻燃效果, 使 P P/ M

g ( O H ) 2 / 包覆红磷体系的氧指数达到 29% , 且综合性能良好,并使体系的热释放速率、有效燃烧热和质量损失速率均大幅度降低。

1. 3 其它无机阻燃剂其它无机阻燃剂包括阻燃增效剂、阻燃抑烟剂以及一些用量较少的阻燃剂等, 主要有: 钼系化合物、硼酸盐、层状硅酸盐、锡系化合物( 锡酸锌和羟基锡酸锌) 等。钼系化合物是

迄今为止人们发现的最好抑烟剂。通常使用三氧化钼和钼酸铵。美国

开发出不

的能力; 分解温度高达 340~ 490 , 能满足许多塑料树脂的混炼和加

工成型, 并可使添加M g( OH ) 2 的高分子材料能承受更高的加工温度, 利于加快挤塑速率, 缩短模塑时间; 同时在制备过程中无有害

物质排放, 因此, 可在许多场合替代A l( OH ) 3 。 A l( O H) 3 和

M g( OH ) 2 都属于无机填充型阻燃剂。一般需要高填充量( 50% 以上) 才能达到较好的阻燃效果。另外, 与高聚物相容性也差, 不易在高分子材料中分散, 这些往往都会较大程度恶化高分子基体的加工性

能和制品的物理机械性能。目前对无机填充型阻燃剂的处理方式主要

有以下三种[6] : ( 1) 超细化。阻燃剂粉体经过超细化后, 粒子变小, 比表面积增大, 表面能增大, 从而粒子表面的反应活性增强。这

不仅有利于粒子在高分子基体材料中的分散, 而且能提高阻燃剂与高

分子材料间的界面结合力。因此, 不仅会使阻燃剂充分发挥其阻燃作用, 而且还可能会改善基体材料的加工成型性能和制品的力学性能。( 2) 表面改性处理。表面改性技术是提高粉体应用性能的关键技术之一。通过各种表面改性剂与阻燃剂颗粒表面化学反应和表面包覆处理

来改变阻燃剂颗粒的表面状态, 以提高阻燃剂表面活性, 使其表面

产生新的物理、化学功能, 从而改善阻燃剂与基体聚合物之间的亲和力, 有利于阻燃剂在基体中的分散, 提高材料的加工性能和力学性能。 ( 3) 复配处理。阻燃剂的复配技术主要是指利用阻燃剂之间的协同

阻燃效应, 将两种或两种以上的阻燃剂进行复合、混配, 制成复合阻燃剂使用, 使它们相互增效, 取长补短, 从而达到降低阻燃剂的用量,提高材料阻燃性能、加工性能和力学性能等目的。

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高分子材料无卤阻燃剂的研究现状