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氮磷膨脹型阻燃劑阻燃機(jī)理
| 來源：邵君( 先生，國內(nèi)國際部經(jīng)理 ) 發(fā)布時間：2016-10-23 14:13:19 |
氮磷膨脹型阻燃劑阻燃機(jī)理可分為凝聚相阻燃和氣相阻燃。
氮磷膨脹型阻燃劑阻燃機(jī)理（1）凝聚相阻燃；這是氮磷膨脹型阻燃劑的主要阻燃作用，其機(jī)理為：在較低的溫度下（150℃左右，具體溫度取決于酸源和其它組分的性質(zhì)），由酸源釋放出能酯化多元醇和可作為脫水劑的無機(jī)酸，在溫度高于釋放酸的溫度下，無機(jī)酸與多元醇發(fā)生酯化反應(yīng)，催化劑為體系中的胺，其加速酯化反應(yīng)。此時，體系在酯化前或酯化過程中熔化。且體系中生成的水蒸氣和由氣源產(chǎn)生的不燃性氣體如：NO和NH3（吸熱，降低材料表面的溫度，并且隔絕氧的進(jìn)入），使熔融狀態(tài)的體系膨脹發(fā)泡。同時多元醇和酯脫水成炭，體系進(jìn)一步發(fā)泡，反應(yīng)接近完成時，體系膠化和固化，形成多孔泡沫炭層。為了發(fā)泡，各步反應(yīng)必須幾乎同時發(fā)生，但又必須按嚴(yán)格的順序進(jìn)行。
氮磷膨脹型阻燃劑阻燃機(jī)理（2）氣相阻燃；磷-氮-碳體系的胺類化合物受熱可分解 產(chǎn)生氨氣、 水蒸氣、氮氧化合物，前兩種氣體可稀釋火焰區(qū)的氧濃度，后者可使燃燒賴以進(jìn)行的自由基淬滅而使鏈反應(yīng)終止。同時自由基也可能與組成泡沫體的微粒碰撞，相互反應(yīng)生成穩(wěn)定的分子，致使鏈反應(yīng)中斷。
氮磷膨脹型阻燃劑根據(jù)組成不同，可分為 單組分氮磷膨脹型阻燃劑、 混合型氮磷膨脹型阻燃劑、協(xié)同或改性氮磷膨脹型阻燃劑。
單組分氮磷膨脹型阻燃劑是先將酸源、碳源和氣源通過化學(xué)合成方法集結(jié)到一個大分子上（有時僅酸源 和碳源也可組成氮磷膨脹型阻燃劑） ，然后再以熔融混合的形式添加到材料中或?qū)⑵涔倌軋F(tuán)與材料中的基團(tuán)反應(yīng)結(jié)合
膨脹型阻燃劑可分為環(huán)狀、籠狀及非環(huán)非籠狀三大類型，能有效地減少添加量，降低吸潮性，而且熱穩(wěn)定性好，還可以通過與高分子單體接枝共聚，很好地解決氮磷膨脹型阻燃劑與高分子之間的不相容性問題。
磷酸三苯酯tpp生產(chǎn)工藝
三氯氧磷直接法（熱法）和三氯化磷間接法（冷法）。
（1）熱法 將苯酚溶解在吡啶和無水苯溶劑中，在不超過10℃以下，緩緩加入三氯氧磷，然后在回流濕度下反應(yīng)3-4h，冷卻至室溫后，反應(yīng)物經(jīng)水洗回收吡啶，用于燥硫酸鈉脫水，過濾除硫酸鈉，常壓下蒸餾回收苯；減壓蒸餾收集243-245℃/1.47KPa的餾分，經(jīng)冷卻、結(jié)晶、粉碎即得成品。
( 2 ）冷法 將苯酚溶解在吡啶和無水苯溶劑中，然后于40℃下滴加三氯化磷生成亞磷酸三苯酯，繼續(xù)在70℃下通入氯氣生成二氯代磷酸三苯酸，再于80℃下進(jìn)行水解生成磷酸三苯酯。水解物經(jīng)水洗、堿中和、濃縮后進(jìn)行減壓蒸餾得成品。精制方法：常含有苯酚、磷酸和酸性磷酸苯酯等雜質(zhì)。用乙醇或乙醇與溶劑汽油的混合液進(jìn)行重結(jié)晶精制。
世界上已經(jīng)商品化的單組份氮磷膨脹型阻燃劑有美國GreatLake公司開發(fā)的CN-329(季戊四醇、三氯氧磷和三聚氰胺為原料制得),Borg-Warner化學(xué)品公司開發(fā)的Melabis。國內(nèi)北京理工大學(xué)、中山大學(xué)、中國科技大學(xué)、上海消防科研所、安徽化工研究院對此進(jìn)行了研究，但國內(nèi)單組分的氮磷膨脹型阻燃劑商品化的并不多，主要以聚磷酸胺型組分為主。
CN-329適用于聚丙烯（PP），在PP的加工溫度下比較穩(wěn)定，且具有良好的電性能。在添加量為30%時，材料氧指數(shù) （LOI） 可達(dá)34，達(dá)到不燃水平，可見CN-329是一種良好的PP阻燃劑。
混合型氮磷膨脹型阻燃劑是由酸源、碳源和氣源的兩種或三種以物理形 式混合而成的阻燃劑，以磷、 氮為主要阻燃成分，不含鹵素和氧化銻。其優(yōu)點(diǎn)是添加量少，不產(chǎn)生融滴，生煙量少，不生成有害和腐蝕性氣體，不易起霜。缺點(diǎn)是它由各組分復(fù)配混合而成，其間的配比極其復(fù)雜，不易控制，并且復(fù)配混合體系還具有易吸潮、 熱穩(wěn)定性差、總添加量大,與聚合物相容性差、 以及相態(tài)分布不均勻等缺點(diǎn)。
馬志領(lǐng)等將五氧化二磷(P2O5)、季戊四醇（PER）和三聚氰 胺（MEL ）按比例混合升溫至130~220℃，保溫3h得到混合型的氮磷膨脹型阻燃劑，用于聚烯烴的阻燃處理，發(fā)現(xiàn)隨氮磷膨脹型阻燃劑中P2O5比例增加，聚烯烴的阻燃性明顯提高，力學(xué)性能先升高，后又下降。
隨著高聚物材料阻燃化處理技術(shù)的不斷發(fā)展，對阻燃劑的綜合性能指標(biāo)的要求也越高，既要達(dá)到規(guī)定的難燃級別，又要有良好的物理機(jī)械強(qiáng)度、非腐蝕性、少煙性、光穩(wěn)定性、耐老化性及耐熱穩(wěn)定性等。由于膨脹阻燃體系是均勻地分散于聚合物中，故聚合物在燃燒時，各組分又能協(xié)同起作用。故未來的膨脹型阻燃劑(IFR)的發(fā)展趨勢為:(1)熱穩(wěn)定性高，滿足聚合物高溫加工成型的需要;(2)從極性相似相容的原則考慮，應(yīng)對IFR進(jìn)行表面處理，使其易于分散，在燃燒時可形成覆蓋于基材表面上的均勻致密的膨脹炭質(zhì)層;(3)集酸源、碳源和發(fā)泡源于一身的/三位一體0IFR。
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