几种常用聚丙烯阻燃剂的使用方法

发布时间:2023-01-04

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聚丙烯阻燃剂种类很多,按其化学组成可分为两大类:有机阻燃剂和无机阻燃剂;按使用方法可分为反应型和添加型。代表性的阻燃剂有溴、磷-氮、磷、氢氧化铝、氢氧化镁等。

1、溴系阻燃剂

由于C-BR键的键能较低,大部分溴系阻燃剂会在200-300℃分解,这正好是聚丙烯的分解温度范围。因此,当聚丙烯受热分解时,溴系阻燃剂也开始分解,并能捕获聚丙烯降解反应产生的自由基,从而延缓或终止燃烧的链式反应。溴系阻燃剂分解的同时会释放出HBr,是一种难熔气体。这种气体密度大,能覆盖材料表面,把可燃气体阻隔在表面,抑制材料燃烧。这类阻燃剂还可以与其他化合物(如三氧化二锑)复配,通过协同效应,阻燃效果明显提高。溴系阻燃剂在聚丙烯的阻燃应用中发挥着重要作用。主要产品有十溴二苯醚、四溴双酚a、四溴二季戊四醇、溴化聚苯乙烯、五溴甲苯和六溴环十二烷。溴系阻燃剂的主要缺点是降低了阻燃基材的紫外线稳定性,燃烧时产生较多的烟雾、腐蚀性气体和有毒气体,限制了其应用。

2、磷-氮阻燃剂

磷-氮阻燃剂也叫膨胀型阻燃剂。含有这类阻燃剂的聚合物加热时,可在表面形成均匀的碳泡沫层,起到隔热、隔氧、抑烟的作用,防止液滴现象,因此具有良好的阻燃性能。膨胀型阻燃体系一般由酸源(脱水剂)、碳源(成炭剂)、气源(氮源和发泡源)三部分组成。膨胀型阻燃剂主要通过形成多孔泡沫碳层在凝聚相中起阻燃作用。磷-氮阻燃剂具有无卤、低烟、低毒的优点。

3、磷系阻燃剂

磷系阻燃剂之所以能起到阻燃作用,主要是因为它能促进聚合物初始分解过程中的脱水和碳化。这个脱水和碳化步骤必须依赖于聚合物本身的含氧基团。对于自身结构中含有含氧基团的聚合物,其阻燃效果会更好。就聚丙烯而言,由于其分子结构中没有含氧基团,单独使用磷系阻燃剂阻燃效果并不好,但如果与氢氧化铝、氢氧化镁复合,可以产生协同效应,从而获得良好的阻燃效果。

聚丙烯阻燃剂

4、氢氧化铝

氢氧化铝在200-300℃分解,吸热量为1 967.8 J/g,是一种具有阻燃、抑烟、填充三种功能的阻燃剂。它具有无毒、无腐蚀、稳定性好、不挥发、高温下无有毒气体、价格低廉、来源广泛等优点。但作为阻燃剂也有一些缺点,如填充量大、力学性能下降、填充后加工性能差。氢氧化铝开始分解的温度处于聚丙烯由凝聚相向液相转变的过程中,因此可以抑制聚丙烯材料的早期升温。当氢氧化铝的质量分数为40%时,可以明显减缓材料的热分解速率,具有阻燃和降烟的效果。

5、氢氧化镁

氢氧化镁在340-490℃分解,吸热782.9 J/g,热稳定性好,阻燃消烟效果好,特别适合加工高温聚丙烯材料。氢氧化镁用于聚丙烯时(添加量大于50%),阻燃效果好,优于氢氧化铝。在相同的填充量下,不同配比的氢氧化铝和氢氧化镁的阻燃效果无明显差异,但两者结合使用要优于单独使用,因为虽然都是脱水反应,但分解温度和吸热有差异。氢氧化镁需要在较高的温度下脱水,同时具有碳化作用。而氢氧化镁的吸热比较小,因为它抑制材料温升的效果不如氢氧化铝。氢氧化镁和氢氧化铝的组合可以相辅相成,其阻燃性能优于单独使用。