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聚丙烯阻燃劑阻燃機理
| 來源：邵君( 先生，國內(nèi)國際部經(jīng)理 ) 發(fā)布時間：2017-11-17 11:34:31 |
聚丙烯(PP)是一種通用塑料，因具有加工方便、力學(xué)、電絕緣及耐化學(xué)藥品優(yōu)異、無毒、密度小、質(zhì)量輕等特點而被廣泛用于汽車、家電、紡織、建筑等行業(yè)。然而因為聚丙烯氧指數(shù)低，易燃燒，且燃燒發(fā)熱量大，產(chǎn)生大量熔滴，極易傳播火焰，所以在許多領(lǐng)域的應(yīng)用受到了限制。
目前聚丙烯的阻燃方法主要是添加阻燃劑法，此法工藝簡單易行，可選用的阻燃劑種類多、成本較低，是阻燃型聚丙烯主要制備方法。本文總結(jié)了近年來國內(nèi)外聚丙烯阻燃劑阻燃機理研究的進展。
聚丙烯阻燃劑阻燃機理大致分以下幾類: a.中斷連鎖反應(yīng)，終止聚丙烯燃燒的自由基鏈反應(yīng)。如鹵系阻燃劑在較高的溫度下分解，釋放出HX，HX 捕捉聚丙烯燃燒過程中產(chǎn)生的自由基，中斷燃燒鏈反應(yīng)達到阻燃目的。b.吸收聚丙烯燃燒熱分解產(chǎn)生的熱量，降低體系溫度。如氫氧化鋁及硼酸類無機阻燃劑。c.稀釋可燃性物質(zhì)的濃度和氧氣濃度，使之降至著火極限以下。d.促進聚合物成碳，減少可燃性氣體的生成。在材料表面形成一層膨脹多孔的均質(zhì)碳層，起到隔熱、隔氧、抑煙、防止熔滴的作用，達到阻燃的目的。磷系及膨脹型阻燃劑主要是該阻燃機理。
以上幾種聚丙烯阻燃劑阻燃機理往往同時適用于復(fù)合型阻燃劑如銻-鹵、磷-鹵、磷-氮協(xié)同體系中。
無機阻燃劑無毒、熱穩(wěn)定性好、抑煙，受熱時放出水且吸收大量熱量，所產(chǎn)生的水蒸氣可稀釋可燃性氣體濃度并隔絕空氣;產(chǎn)生的耐水金屬氧化物形成一層固相的保護層阻止燃燒反應(yīng)繼續(xù)進行。其缺點是添加量較大，與聚丙烯缺乏親和力，分散性、相容性均較差，材料力學(xué)性能下降。 將無機阻燃劑粒子進行超細(xì)化及表面處理，可增強與聚丙烯的界面結(jié)合力。
利用超細(xì)微粒本身所具有的量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)等來增強與聚丙烯的界面作用，改善相容性，達到減少用量和提高阻燃效率目的。阻燃劑顆粒愈細(xì)，用量、發(fā)煙量就愈小，阻燃效果愈顯著。故超細(xì)化是無機阻燃劑今后的主要發(fā)展方向。
姚佳良研究了nano-Mg(OH)2與micro-Mg(OH)2填充聚丙烯體系的阻燃、流動和力學(xué)性能，相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)時納米體系阻燃性能要好于微米填充體系，填充量為60%時達到V~0級標(biāo)準(zhǔn)，且發(fā)煙量少，流動和力學(xué)性能優(yōu)于微米填充體系。
磷酸三苯酯(阻燃劑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℃下進行水解生成磷酸三苯酯。水解物經(jīng)水洗、堿中和、濃縮后進行減壓蒸餾得成品。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行重結(jié)晶精制。
磷酸三苯酯(阻燃劑TPP)主要用途:用作硝化纖維、醋酸纖維膜的阻燃性增塑劑、聚氯乙烯的增塑劑、粘膠纖維中的樟腦不燃性代用品。
不同分解溫度的阻燃劑配合能夠產(chǎn)生阻燃協(xié)同效應(yīng)，混合阻燃劑在較寬的溫度范圍內(nèi)不斷釋放水蒸氣，使聚丙烯在燃燒前后都處于較低氧濃度環(huán)境中，阻燃效果優(yōu)于單一阻燃劑。曲敏杰研究了Al(OH)3、Mg(OH)2及其二者協(xié)同作用對聚丙烯阻燃性能及力學(xué)性能的影響，二者比例適當(dāng)時，因協(xié)同作用抑煙效果顯著。復(fù)合阻燃體系可以降低單一阻燃劑用量。
如無機阻燃劑的良好阻燃效果、無毒及抑煙等優(yōu)勢與有機阻燃劑結(jié)合可有效降低有毒鹵系、溴系用量，充分發(fā)揮二者協(xié)同阻燃效應(yīng)。以Mg(OH)2?Al(OH)3?P為聚丙烯的復(fù)合阻燃劑，聚丙烯?Mg(OH)2?Al(OH)3?P=100?50?50?5時，阻燃性能和力學(xué)性能滿足使用要求。在無機阻燃劑中配合溴系阻燃劑有利于提高聚丙烯綜合性能。以15份0.6~3m的Mg(OH)2和十溴聯(lián)苯醚復(fù)配，阻燃無規(guī)共聚聚丙烯(聚丙烯R)時，氧指數(shù)達到27%。一定用量以內(nèi)Mg(OH)2對聚丙烯R有增韌作用。
將蜜胺多磷酸鹽加到Mg(OH)2聚丙烯R系統(tǒng)中，與季戊四醇(PER)、尿素多磷酸鹽和硼酸鋅等膨脹阻燃劑相比，表現(xiàn)出了最高的阻燃效果。
此外，其它一些無機粒子也能改善聚丙烯阻燃性能。在云母做填料的聚丙烯A聚丙烯PA-6膨脹體系中，云母粒子由于燃燒后在體系表層形成陶瓷保護層可以增加體系的阻燃性能。
通過鐵離子樹脂螯合物與高嶺土反應(yīng)制得的改性高嶺土顯著地降低了煙產(chǎn)生量及熱釋放速率。表面改性能提高無機粒子在聚丙烯中分散狀態(tài)，改善阻燃和力學(xué)性能。
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固化劑|擴鏈劑|交聯(lián)劑
