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尼龍610塑料干貨：幾分鐘讓你了解阻燃劑
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發(fā)表時間：2022-12-30 14:15:37
尼龍610塑料干貨：幾分鐘讓你了解阻燃劑
阻燃實現的途徑
氣相阻燃機理。即抑制在燃燒反應中起鏈增長作用的自由性，而發(fā)揮阻燃作用。
凝聚相阻燃機理。它在固相中阻止聚合物的熱分解和阻止聚合物釋放出可燃氣體的作用。
中斷熱交換機理。即將聚合物物產生的熱量帶走而不反饋到聚合物上，使聚合物不再不斷分解。
阻燃劑分類
根據元素種類分為鹵系、有機磷系及鹵-磷系、氮系、硅系、鋁-鎂系、鉬系等。按阻燃作用分有膨脹型阻燃劑、成炭阻燃劑等。按化學結構分無機阻燃劑，有機阻燃劑，高分子阻燃劑等。按阻燃劑與被阻燃材料的關系可分為添加型阻燃劑和反應型阻燃劑，反應型阻燃劑參與高聚物的化學反應。
1
鹵系阻燃劑
鹵系阻燃劑是目前世界上產量最大的有機阻燃劑之一。鹵系阻燃劑主要用于電子和建筑工業(yè)，約50~100種含鹵阻燃劑覆蓋了大多數的市場需求。
鹵素阻燃劑之所以受到人們的重視，主要是鹵系阻燃劑的阻燃效率高，價格適中，其性能價格比這一指標是其它阻燃劑難以與之相比，加之鹵系阻燃劑的品種多，適用范圍廣，所以受到人們的青睞。但是，鹵素阻燃劑在熱裂解或燃燒時生成較多的煙和腐蝕性氣體及以受到二惡英問題的困擾。
超過80%的含鹵阻燃劑用于電子/辦公設備及建筑工業(yè)，主要應用品種為苯乙烯類及其共聚物，熱塑性工程塑料和環(huán)氧樹脂。
2
含磷阻燃劑
含磷化合物可作為熱塑性塑料、熱固性塑料、織物、紙張、涂料和膠粘劑等的阻燃劑。此類阻燃劑包括紅磷、水溶性的無機磷酸鹽類、不溶性的聚磷酸銨、有機磷酸酯和膦酸酯類、氧化膦類、氫彈烴基磷酸酯類和溴芳烴基磷酸酯類。
鹵素阻燃劑雖然具有高阻燃性，但存在環(huán)境污染及毒性等問題，而磷系阻燃劑除對苯乙烯和聚烯烴等幾大類聚合物外是非常有效的阻燃劑，而且二次污染小，所以該阻燃劑受到人們的關注。
磷酸銨類
磷酸一銨(MAP)和磷酸二銨(DAP)仍是纖維與織物、無紡織物、紙張、木材等多種纖維素的有效阻燃劑。它們能形成磷酸，使纖維素羥基酯化，所生成的纖維素分解成炭，改變了熱降解歷程，從而達到阻燃的目的。它們易溶于水，故其阻燃性不能持久。它是目前膨脹型阻燃劑主要組分之一。
紅磷
紅磷是極有效的阻燃劑，可用于含氧聚合物，例如PC，PET，PBT，PPE，其作為尼龍部件的阻燃劑在歐洲用得較多。由于紅磷會與大氣中的水反應生成有毒的磷化氫，因此工業(yè)產品需要做穩(wěn)定化處理和包覆。
三羥基磷(膦)酸酯
三羥基磷(膦)酸酯作為不飽和聚酯高度填充(如氫化鋁、碳酸鈣)時的稀釋劑。它在鹵化聚酯中也作為協效劑，不如氧化銻有效，但加工性好。較不易揮發(fā)的三羥基磷酸酯有三丁基磷酸酯、三辛基磷酸酯和三丁氧基乙基的磷酸酯。二甲基磷酸甲酯含磷量高達25%,是極有效的阻燃劑。它的高揮發(fā)性限制了應用。適用于聚氨酯硬泡，高填的熱固性樹脂。在高填充的熱固性樹脂中也作為黏度稀釋劑。二乙基磷酸乙酯在氨基甲酸乙酯有發(fā)泡劑和胺催化劑的條件下比較穩(wěn)定。
芳基磷酸酯類
芳基磷酸酯類在工業(yè)中主要用于PVC和乙酸纖維素的不燃性增塑劑和作為工程塑料如PPE，PC/ABS合金的非鹵阻燃劑。
烷基化磷酸三苯酯
芳基磷酸酯類都是液體，主要烷基化產物是用合成的異丙基葳酚或異丁基苯酚制成的。制法是先使苯酚烷基化，然后再同磷酰氯反應。因此烷基化三芳基磷酸酯是一混合物。其中磷酸三丁苯酯的抗氧化性能較好，但增塑性較差。磷酸甲三基二苯酯是PVC最有效的阻燃劑。但也最易揮發(fā)，在歐洲使用。烷烴二芳基膦酸酯增塑性較好，用于PVC有較好的低溫性，它的生煙量也比三芳基膦酸酯少。
2-乙基己基二苯基磷酸酯
2-乙基己基二苯基磷酸酯已得到美國食品和藥品管理局的批準可用于食品包裝。異癸基二苯基磷酸酯由于有較長的烴基不易揮發(fā)，可用于PVC電纜，尤其高壓電纜。
二聚體芳基磷酸酯揮發(fā)性較低，其連接基為間苯二酚、對苯二酚或雙苯酚。它們用于熱塑性塑料(如PPE，PC/ABS)。
改性聚苯醚(PPE)
改性聚苯醚(PPE)是PPE與高抗沖聚苯乙烯(PS-HI)的摻混物。根據等級，一般含有55%~65%的PS-HI。雖然磷酸酯并不能使PS-HI達到UL 94阻燃等級，但它在工業(yè)上用于阻燃PPE樹脂，并達到UL 95 V-0級。通過磷酸酯所生成的磷酸使PPE成炭達到阻燃的目的。工業(yè)用的阻燃劑是液態(tài)的烷基化的三芳膦酸酯或二烯酸酯。
三芳基膦酸酯
三芳基膦酸酯在加工時會揮發(fā)，導致應力斷裂。用較不揮發(fā)的二磷酸酯則可減少應力斷裂。 雙酚A可為二磷酸醌的連接基團。
含鹵磷酸酯
含鹵烷基磷酸酯主要用于聚氨酯較硬泡沫制品。但熱穩(wěn)定性較差。但因含鹵磷酸酯因基毒性，已被歐盟等多數國家禁止使用，我國也不推薦使用。
磷的氧化物類
磷氧化物具有水解穩(wěn)定的P—C鍵，它們的含P量高于芳基磷酸酯，因而是更有效的阻燃劑。它們的二元醇和三元醇是聚氨酯和環(huán)氧樹脂的活性阻燃劑。
磷化合物作為阻燃劑，可在凝聚相中抑制自由基反應，它們本身還可生成玻璃狀物質直到傳熱、傳質的阻隔作用。有機磷系阻燃劑被認為是替代鹵代阻燃劑最有前景的品種之一。
3
無機氫氧化物
無機氫氧化物是非常重要的阻燃劑。無機氫氧化物易處理，相對無毒，不產生有毒、有腐蝕性的氣體，而且抑煙，更重要的是比鹵、磷阻燃體系便宜。這類阻燃劑采用適當的配方可使材料達到多種測試要求。無機氫氧化鋁是無機氫氧化物銷售最多的阻燃劑，主要用于加工溫度在200℃以下的合成橡膠、熱固性樹脂及熱塑性塑料。考慮含鹵及含磷阻燃劑的環(huán)境問題，無機氫氧化物阻燃劑的應用得到持續(xù)的增長。
氫氧化鋁(ATH)
氫氧化鋁是應用最廣泛的阻燃劑之一。是一種無毒、白色至淺白色的粉末，相對密度2.42，莫氏硬度為3.0，當溫度加熱到高于320℃時，氫氧化鋁因失水而損失其重的34.6%。
對于加工溫度低于氫氧化鋁分解溫度(190~230℃)的聚合物，氫氧化鋁是一種優(yōu)良的阻燃材料，值得注意的是顆粒直徑的大小對于熱穩(wěn)定有影響。
氫氧化鋁作為阻燃材料，用于彈性體、熱固性樹脂及熱塑性塑料等，也大量用于生產阻燃地毯的苯乙烯-丁二烯膠乳中，用于生產阻燃絕緣橡膠電纜、保溫泡沫塑料、傳送皮帶及軟管中等?？捎糜谌坎伙柡蜆渲?，如層壓大頂棚及墻體，用于盥洗室器具、裝飾墻板、各種套罩、汽車防護罩、卡車零部件等，以及電子元件包括絕緣體及線路板。還包括建筑施工用具等。
氫氧化鋁用于環(huán)氧樹脂及酚醛樹脂中，包括膠粘劑、層壓制件、線路板、仿大理石及陶瓷用具等。
氫氧化鋁用于交聯丙烯酸樹脂阻燃及裝飾，作頂棚、水槽、盥洗室面板、裝飾材料及貼墻板等。
在熱塑性塑料方面，由于鹵化物對環(huán)境的影響越來越受到關注，特別是在歐洲，氫氧化鋁越來越受到重視。其應用范圍也越來越大。在軟、硬PVC，乙丙橡膠、EPDM，EVAC，乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、PE-LD，PE-HD，PE與PP的混合物，利用茂催化技術制造的塑料等。另外，在電線電纜、導管、管道、膠粘劑、建筑用的層壓板、隔熱泡沫方面也得到普遍應用。
氫氧化鋁可以提供生煙度較低的配方。與含鹵化物和氧化銻混合物的配方相比，該種配方生煙毒性低、腐蝕性也小。根據聚合物以及要求不同，氫氧化鋁質量分數為5%~75%，在非鹵系統中，一般為35%~65%.在此應用范圍有時會增加混合物黏度，并對樹脂的物理性能產生負面影響。采用合適的助劑，合理的攪拌技術能使氫氧化鋁充分地分散，極大地降低上述影響。氫氧化鋁經適當的表面處理也能減少因填充率高而產生的影響，可能增加材料的成本。
氫氧化鎂
氫氧化鎂是銷售量第二大無機氫氧化物阻燃劑。是一種白色至淺白色晶狀體粉末，相對密度2.4，莫氏硬度3.0。加熱至450℃以上時，因失去水而減重30.9%(質量分數)。
氫氧化鎂作為阻燃劑時，其純度要求相當高，至少含98.5%的氫氧化鎂，許多等級高于99.5%。大多數阻燃等級為白色粉末，顆粒直徑范圍從0.5~5 μm不等。表面積為7~15 平方米/g。大多數作為阻燃劑的氫氧化鎂經表面處理，以提高其在聚合物中的分散性和分布。氫氧化鎂與氫氧化鋁一樣以較高的添加量使用，一般為50%~70%。由于高純度要求和表面處理要求，使得氫氧化鎂比沉淀級的氫氧化鋁貴。
氫氧化鎂用于加工溫度在200~225℃的熱塑性塑料及熱固性樹脂。主要用于EVAC，PP及共混物、ABS及其共混物、含氟聚合物、PPE及共混物、聚酰亞胺等。不能用于熱塑性聚酯。氫氧化鎂與氫氧化鋁一起使用，以滿足不同使用要求。電線電纜、機架、建筑多層板、管道、電器等零件中也會用氫氧化鎂。
4
硅化合物
硅化合物是新型阻燃劑。它可完全不依賴鹵素和磷的化合物而發(fā)揮阻燃作用。最近有關硅阻燃劑的文章和專利成為新熱點。所有各種組成的硅被用作阻燃劑研究。含硅合物無論是作為聚合物的添加劑還是與聚合物組成共混物，都具有明顯的阻燃作用。
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