阻燃劑的研究進(jìn)展

阻燃劑的研究進(jìn)展摘要：聚乙烯（PE）復(fù)合阻燃體系及阻燃機(jī)理的研究情況，并簡述各類復(fù)合阻燃體系在聚乙烯的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：聚乙烯、復(fù)合阻燃體系、研究、應(yīng)用前言：隨著20世紀(jì)40年代乙烯類單體的自由基引發(fā)聚合迅速發(fā)展合成高分子如聚苯乙烯、聚乙烯和有機(jī)玻璃以及各種橡膠制品進(jìn)入了蓬勃發(fā)展時期。由于這些高分子的優(yōu)良性能使得它們的應(yīng)用遍布人類生活的各個角落,于是這些高分子材料的一個很致命的問題就顯得越來越突出了,那就是這些材料大都是易燃物,從而導(dǎo)致火災(zāi)頻發(fā)。于是乎,阻燃劑作為一種關(guān)鍵性的添加劑就應(yīng)運(yùn)而生了。阻燃劑廣泛應(yīng)用于日常用品、電子電器、交通運(yùn)輸、國防工業(yè)、宇航事業(yè)和建筑等諸領(lǐng)域。在眾多的阻燃劑品種中，鹵素阻燃劑具有阻燃效果好，用量少，對材料的力學(xué)性能影響小等優(yōu)點(diǎn)，長期以來一直作為主要阻燃品種使用，但用其處理過的材料受熱燃燒時會產(chǎn)生有毒、有腐蝕性氣體及大量煙霧而污染環(huán)境，從而制約了其發(fā)展;無機(jī)添加劑要達(dá)到對材料的阻燃目的常需要較大的添加量，而這會嚴(yán)重地?fù)p害材料的性能;磷系阻燃劑主要用于含氮高聚物，也有較大的局限性。1.聚乙烯復(fù)合阻燃體系的研究進(jìn)展添加阻燃劑和某些阻燃材料是目前對聚乙烯的主要阻燃方法。向聚乙烯塑料中添加單一阻燃劑往往不能獲得理想的阻燃性能和綜合效果，而復(fù)合阻燃體系是彌補(bǔ)這些不足的很好選擇，在聚乙烯阻燃中占有重要的地位。一般來說，復(fù)合阻燃體系主要是根據(jù)不同阻燃劑間的協(xié)同作用，對不同類型阻燃劑進(jìn)行復(fù)配優(yōu)化組合以提高阻燃效率，達(dá)到預(yù)期的阻燃要求并獲得綜合性能優(yōu)異的材料的體系。為使阻燃劑改性增效、降低成本而與其他助劑配合的阻燃體系也屬于復(fù)合阻燃體系。主要包括：鹵)銻復(fù)合阻燃體系、磷)氮復(fù)合阻燃體系、填料型復(fù)合阻燃體系、膨脹型阻燃體系及其他復(fù)合阻燃體系等。1.1鹵(銻復(fù)合阻燃體系該阻燃體系是由鹵系阻燃劑并用銻氧化物（主要是(Sb2O3）組成的復(fù)合體系。鹵系阻燃劑以其添加量少，阻燃效果顯著而仍在聚乙烯阻燃領(lǐng)域占據(jù)重要地位。通常所說的鹵系阻燃劑即含溴、氯阻燃劑。三氧化二銻(Sb2O3）在鹵-銻復(fù)合阻燃體系中起阻燃增效的作用，能循環(huán)參加有關(guān)反應(yīng)。鹵(X)銻(Sb)復(fù)合阻燃體系的阻燃機(jī)理是,在高溫下，Sb2O3能與鹵化氫(HX)生成三鹵化(SbX3）或鹵氧化銻(SbX3),SbX3蒸氣的密度比較大，能長時間停留在燃燒區(qū)，具有稀釋和覆蓋作用，并且SbX3可在一個較寬的溫度范圍內(nèi)（245℃-565℃），有效地捕捉材料燃燒時產(chǎn)生的自由基。而SbOX又可在很寬的溫度范圍內(nèi)繼續(xù)分解為三鹵化銻，其分解為吸熱反應(yīng)，可有效降低阻燃物的溫度，減緩甚至終止熱分解?，F(xiàn)在多用有機(jī)溴化物和(Sb2O3）組成復(fù)合阻燃體系對PE阻燃。J.P.Yang等研究了六溴環(huán)十二烷和Sb2O3的并用體系對PE的阻燃影響。1.2磷-氮復(fù)合阻燃體系該體系是無鹵復(fù)合阻燃體系，具有安全、抑煙、無毒、價廉等優(yōu)點(diǎn)，是由磷系阻燃劑（主要介紹紅磷）與含氮阻燃劑組成的體系，在聚乙烯阻燃中具有重要地位。磷系阻燃劑主要有磷酸酯類、多磷酸鹽、紅磷等品種，它們主要在凝聚相起阻燃作用，對含氧聚合物阻燃效果明顯。含磷阻燃劑因其熱穩(wěn)定性好、不揮發(fā)、不產(chǎn)生腐蝕性毒氣、效果持久、毒性低等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用。1.3填料型膨脹型阻燃體系膨脹型阻燃體系（IFR）是以磷、氮、碳為主要成分的無鹵阻燃體系，通常由酸源（脫水劑）、氣源（發(fā)泡劑）、碳源（成碳劑）三部分組成。酸源可以是無機(jī)酸或受熱能生成無機(jī)酸的化合物，如磷酸、硫酸、聚磷酸銨以及其它磷酸鹽、硼酸鹽等；氣源，一般為含氮的多碳化合物，常用的有尿素、蜜胺、三聚氰胺等；碳源是形成泡沫碳化層的基礎(chǔ)，主要是一些含碳量高的多羥基化合物，如季戊四醇及其二聚體、三聚體等。對于具體的IFR，上述三組分不一定都用，有時只需加入其中的一種或幾種。膨脹型阻燃體系主要通過形成多孔泡沫碳層而在凝聚相起到隔熱、隔氧、抑煙、防熔滴等阻燃作用，具有良好的阻燃性能。此膨脹碳層是由IFR各組分按一定順序發(fā)生反應(yīng)形成的。在國外，膨脹型阻燃劑阻燃PE的研究開發(fā)進(jìn)展較快。美國HoechstCelanese公司銷售的ExolitIFR-10和ExolitIFR-11兩種新型膨脹阻燃劑，當(dāng)添加量為30%時，可使LDPE的OI上升到25.9，HDPE的OI上升到28.0，燃燒性能達(dá)到UL94V-0級，而拉伸強(qiáng)度只下降10%-20%。C.Baillet直接將五氧化二磷、多元醇和苯酚甲醛樹脂與PE在200℃氮?dú)猸h(huán)境下共混，使體系中原位生成磷酸酯，且部分磷酸酯接枝在PE大分子鏈上，材料燃燒時表面有碳結(jié)構(gòu)形成，阻燃效果比直接向PE中添加IFR要好，OI最高達(dá)在國內(nèi)，膨脹型阻燃劑還處于開發(fā)與研究階段，近年來在促進(jìn)成碳和新型IFR體系的研究方面取得了一些新進(jìn)展。張志龍等/研究發(fā)現(xiàn)膨脹型阻燃劑-聚磷酸銨和季戊四醇(APP/PER)體系對LDPE樹脂具有阻燃作用，并研究了成碳促進(jìn)劑(ZEO)對LDPE/APP/PER體系的阻燃效果。當(dāng)IFR-PE材料的最佳配比為LDPE/APP/PER/ZEO=70/21.4/7.1/1.5質(zhì)量比時，其OI為29.3。在膨脹型阻燃體系中，三聚氰胺因兼有阻燃、發(fā)氣、成碳多種功能而被廣泛應(yīng)用。三聚氰胺的磷酸類鹽將發(fā)氣、脫水催化兩種功能集為一體，還有一定的成碳功能。所以，在膨脹型阻燃體系中的研究非?；钴S。師華等人綜述了近年來三聚氰胺磷酸類鹽的性能研究和在IFR中的應(yīng)用。將有協(xié)同作用的添加型阻燃劑共混、交聯(lián)，可以得到綜合性能和阻燃性能好的系列阻燃劑。2實(shí)驗(yàn)部分2.1主要原料低密度聚乙烯(PE一LD),IF7B,工業(yè)級,北京燕山石化公司;聚磷酸鉸(APP),工業(yè)級,聚合度>1500,浙江龍游戈德化工有限公司;季戊四醇(PER),化學(xué)純,上海化學(xué)試劑站;超細(xì)硼酸鋅,平均粒徑73nm,90%的粒子在l00nm內(nèi)。2.2主要設(shè)備雙輥開煉機(jī),SK-160B,上海輕工機(jī)械技術(shù)研究所;平板硫化機(jī),DLB500X500,無錫錦和通用設(shè)備廠;氧指數(shù)測定儀,JF-3,南京市江寧區(qū)分析儀器廠;電子拉力實(shí)驗(yàn)機(jī),LDT一500,河北承德試驗(yàn)機(jī)有限公司;熱重分析儀,HCT-2,北京分析儀器廠;場發(fā)射掃描電鏡(SEM),Sirion200,FEI公司;能譜儀(EDS),GENESIS60S,美國EDAXInc公司。2.3試樣制備將PE-LD在雙輥開煉機(jī)上于120-130℃上塑煉10min,將混合均勻的不同配比的IFR(APP+PER)/ZB復(fù)合阻燃劑加人PE-LD中,混煉時間為20min,將混煉好的樣品在平板硫化機(jī)上模壓成3mm厚的片材,根據(jù)相關(guān)測試要求切割成一定規(guī)格的樣條。2.4性能測試按GB/T2406-1993測試氧指數(shù),樣條尺寸130mmX6.5mmX3mm;按GB/T1040-1992測試?yán)鞆?qiáng)度和斷裂率,取六次測試結(jié)果的平均值;灼燒殘重測試:取1g樣品于干燥的陶瓷鉗鍋中,用金屬增鍋架置于預(yù)先恒溫的馬福爐中,在550℃下灼156張志龍,李震環(huán),王艷芳.混料實(shí)驗(yàn)方法在阻燃PE配方中的應(yīng)用[J」.合成樹脂及塑料,2001