如何设计阻燃橡胶的配方-环保阻燃剂

如何设计阻燃橡胶的配方？

阻燃橡胶是指能延缓着火、降低火焰传播速度，且在离开外部火焰后，其自身燃烧火焰能迅速自行熄灭的橡胶。

阻燃包括多方面：①非着火性，材料炭化而不着火燃烧；②耐延燃性，材料着火燃烧，但难于扩展蔓延；③自熄性，移除火焰后自然熄灭；④无焰燃烧的残烬时间短；⑤燃烧时无滴落。广义上的阻燃性还包括安全性，能有效地抑制烟尘、有毒害性气体的产生及对人体的危害等。

研究和评价聚合物材料可燃性，最常用的方法是氧指数法（OI）。氧指数表示试样在氧气和氮气的混合物中燃烧时所需的最低含氧量。氧指数越大，表示聚合物可燃性越小，阻燃性能越好。橡胶燃烧的实质是橡胶在高温下发生分解，生成可燃性气体，进而在氧和热的作用下发生燃烧。因此阻燃的主要方法是断绝燃烧时所需要的氧气或隔离热源。

提高橡胶制品阻燃性：

1、要抑制橡胶高温分解所产生的可燃性气体，例如加入卤素化合物，使之产生难燃性气体，以隔离热源和氧气

2、尽可能降低体系温度、吸收热量，例如加入氢氧化铝，它在受热时放出结晶水、吸收热量或提高热传导性，也可起到阻燃作用；

3、选用自身阻燃性好、氧指数高、耐热性好、与阻燃剂和填充剂相容性好、燃烧传播速度较低的材料作为主体材料。

阻燃橡胶的配方设计主要是主体材料橡胶和阻燃剂的选择。阻燃橡胶胶种选择应遵循以下三个原则：①橡胶本身具有阻燃性；②燃烧时发热量小；③具有优良的髙温耐热性。

一、阻燃橡胶的主体材料多选用难燃橡胶、难燃树脂或两者并用。从阻燃效果来看，橡胶可分为三类：①烃类橡胶，如天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶、丁基橡胶等，它们的氧指数均<20%，易燃；②含卤橡胶，它们有良好的阻燃性，氟橡胶>氯丁橡胶>氯磺化聚乙烯≈氯化聚乙烯，氟橡胶的氧指数高达65%以上，其他为25%~32%；③主链含非碳元素的橡胶，如硅橡胶、

氯醇橡胶、聚氨酯橡胶等，有的易燃，有的难燃。橡胶和树脂的阻燃性能与其结构有着密切的关系。含卤素、苯环或共轭双键的橡胶，氧指数高，如氯丁橡胶的氧指数为33%，属难燃橡胶。非极性烃类橡胶的氧指数最低，如三元乙丙橡胶的氧指数只有20%，属于易燃橡胶。树脂分子链中含有苯环和卤素的，其氧指数较高，阻燃性较好。例如聚氯乙烯的氧指数比聚乙烯髙50%，聚四氟乙烯的氧指数比聚乙烯高75%。因此，阻燃橡胶的主体材料应选择氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯、氯醚橡胶、氯化聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯等含卤聚合物。硅橡胶也是较好的耐燃聚合物。

二、在橡制品中加入阻燃剂是提高其阻燃性最常用的方法。阻燃剂的种类很多，按所含阻燃元素不同，可分为卤系阻燃剂磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、磷卤系阻燃剂、磷氮系阻燃剂等几类。（1、卤系阻燃剂主要是氯和溴的化合物，最常用是氯化石蜡、全氯环戊癸烷、氯化聚乙烯、四溴乙烷、四溴丁烷等。卤系阻燃剂的阻燃效果与其结构有关，阻燃效果：脂肪族卤化物>脂环族卤化物>芳香族卤化物。卤系阻燃剂在热解过程中，分解出能捕获传递燃烧自由基的X及HX,HX

还可稀释可燃物裂解时产生的可燃气体，隔断可燃气体与空气的接触；2、磷系阻燃剂主要有聚磷酸铵、磷酸酯类阻燃剂。常用的磷酸酯类阻燃剂有：磷酸三甲苯酯(TCP)、磷酸甲苯二苯酯(CDPP)磷酸三苯酯(TPP)、磷酸三辛酯(TOP)、磷酸三芳基酯、辛基磷酸二苯酯(DPOP)等。其中，辛基磷酸二苯酯被美国食品医药局(FDA)确认为磷酸酯中唯一的无毒阻燃增塑剂，允许用于食品医药包装材料。磷酸酯类阻燃剂对含有羟基的聚氨酯、聚酯、纤维素等高分子材料的阻燃效果非常好，而对不含羟基的聚烯烃阻燃效果较小。磷系阻燃剂在燃烧过程中产生磷酸酐或磷酸，促使可燃物脱水炭化，阻止或减少可燃气体产生。磷酸酐在热解时还形成熔融物覆盖在可燃物表面，使其氧化生成二氧化碳，起到阻燃作用；3、在氮系阻燃剂中，氮的化合物和可燃物作用，促进交链成碳，降低可燃物的分解温度，产生的不燃气体能稀释可燃气体；4、磷-卤系阻燃剂、磷氮系阻燃剂主要是通过磷-卤、磷氮协同效应作用达到阻燃目的的。

现因环保要求，含卤阻燃剂在一定程度上被限制使用，推荐FR高效环保复合阻燃剂系列产品：FR35RP、FR97RP、FR10RP、FR76RP等

由于其不含多溴联苯、多溴二苯醚、氯、氟、三氧化二锑等卤素类阻燃剂。

具有阻燃效率高、消烟、无毒、无卤，符合欧盟Rohs 和WEEE 环保指令，产品通过UL认证相对目前市场同等产品具有阻燃效率高，物理性能表现优异，密度相对低，成型加工方便，属于无卤高效环保型协同阻燃剂。被广泛应用于轨道交通部件、电子电气部件、汽车、石油煤矿等行业阻燃橡胶与塑料、电缆等阻燃制品中。

阻燃效果是随着阻燃剂的增加而增大，每一种阻燃剂单独使用时，都有一个最低用量。