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5种经典常用聚丙烯PP阻燃剂详细使用方法介绍!

发布时间:2021-02-02来源:青岛中聚新材料有限公司

可用于聚丙烯的阻燃剂品种繁多,按化学组成可归纳为两大类:有机阻燃剂与无机阻燃剂;按使用方法又分为反应型和添加型。具有代表性的阻燃剂有溴系、磷氮系、磷系及氢氧化铝、氢氧化镁等。
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由于C—Br键的键能较低,大部分溴系阻燃剂在200-300℃下会分解,此温度范围正好也是聚丙烯的分解温度范围,所以在聚丙烯受热分解时,溴系阻燃剂也开始进行分解,并能捕捉聚丙烯降解反应生成的自由基,从而延缓或终止燃烧的链反应。溴系阻燃剂分解时会同时释放出HBr,这是一种难燃气体,这种气体密度大,可以覆盖在材料的表面,起到阻隔表面可燃气体的作用,也能抑制材料的燃烧。这类阻燃剂还能与其他一些化合物(如三氧化二锑)复配使用,通过协同效应使阻燃效果明显得到提高。溴系阻燃剂在聚丙烯阻燃应用上具有重要地位,主要产品有十溴二苯醚、四溴双酚A、四溴二季戊四醇、溴代聚苯乙烯、五溴甲苯和六溴环十二烷等。溴系阻燃剂的主要缺点是降低被阻燃基材的抗紫外线稳定性,燃烧时生成较多的烟、腐蚀性气体和有毒气体,使其应用受到了一定限制。
磷-氮系阻燃剂又称膨胀型阻燃剂,含有这类阻燃剂的高聚物受热时,表面能够生成一层均匀的碳质泡沫层,起到隔热、隔氧、抑烟的作用,并防止产生熔滴现象,故具有良好的阻燃性能。膨胀型阻燃体系一般由三个部分组成:酸源(脱水剂),碳源(成碳剂)和气源(氮源、发泡源)。膨胀型阻燃剂主要通过形成多孔泡沫碳层在凝聚相起阻燃作用。磷一氮系阻燃剂具有无卤、低烟、低毒的优点。
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磷系阻燃剂之所以能起到阻燃作用主要在于其能促使高聚物初期分解时的脱水炭化。这一脱水炭化步骤必须依赖高聚物本身的含氧基团,对于本身结构具有含氧基团的高聚物,它们的阻燃效果会好些。对于聚丙烯来讲,由于本身的分子结构没有含氧的基团,单独使用磷系阻燃剂时阻燃效果不佳,但是如果与氢氧化铝和氢氧化镁等复配即可产生协同效应,从而得到良好的阻燃效果。
常用的有机磷系阻燃剂有磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三(二甲苯)酯、丙苯系磷酸酯、丁苯系磷酸酯等。磷酸酯类的特点是具有阻燃与增塑双重功能。它可使阻燃剂实现无卤化,其增塑功能可使塑料成型时流动加工性变好,可抑制燃烧后的残余物。其主要优点是效率较高;对光稳定性或光稳定剂作用的影响较小;加工和燃烧中腐蚀性小;有阻碍复燃的作用;极少或不增加阻燃材料的质量;产生的毒性气体和腐蚀性气体比卤系阻燃剂少。但大多数磷酸酯类阻燃剂也存在着一些缺点,如耐热性差、挥发性大、相容性不理想,而且在燃烧时有滴落物产生等。
含磷无机阻燃剂最主要的产品有红磷阻燃剂、磷酸铵盐、聚磷酸铵等。随着无卤阻燃剂材料用量的增加,红磷阻燃剂用量也在增加。红磷的阻燃效果比磷酸酯类的阻燃效果更好。含磷无机阻燃剂因其热稳定性好、不挥发、不产生腐蚀性气体、效果持久、毒性低等优点而获得广泛的应用。
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氢氧化铝(简称ATH)在200-300℃之间分解,吸热量为1 967.8 J/g,是集阻燃、抑烟、填充三大功能于一身的阻燃剂。它具有无毒、无腐蚀、稳定性好、不挥发、高温下不产生有毒气体的优点,且价格低廉、来源广泛。但作为阻燃剂,它也有填充量大,填充后材料力学性能下降、加工性变差的缺点。氢氧化铝开始分解的温度正处于聚丙烯从凝相变为液相过程中,故可抑制聚丙烯材料早期温度的上升。当氢氧化铝添加质量分数为40%时,可显著减缓材料的热分解速度,具有阻燃及降低发烟量的效果。
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氢氧化镁在340-490℃之间分解,吸热量为782.9 J/g,热稳定性好,具有良好的阻燃及消烟效果,特别适宜于加工温度较高的聚丙烯材料。氢氧化镁用于聚丙烯时(添加量大于50%)具有良好的阻燃效果,优于氢氧化铝。在相同的填充量下,不同的氢氧化铝、氢氧化镁配比其阻燃效果差别不明显,但两种复合使用比单独使用效果要好,因为虽都是脱水反应,但在分解温度和吸热量上有差别。氢氧化镁需在更高的温度下才脱水,并同时有炭化效果。而氢氧化镁的吸热量相对小些,因其抑制材料温度上升的效果不如氢氧化铝,两者复合使用则能相互补充,其阻燃性能比单独使用效果要好。但氢氧化镁也有耐酸性差、分散性及相容性差的等缺点,需开发相容性好的新品种。

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