協(xié)同效應(yīng)是指兩種或兩種以上助劑的共同效果大于單一組分效果之和。由于氮磷膨脹型阻燃劑的添加量增大會(huì)導(dǎo)致材料力學(xué)性能的降低,因此在混合氮磷膨脹型阻燃劑中加入適量的成炭協(xié)效劑有助于在低添加量的情況下保持復(fù)合材料優(yōu)異的阻燃性能。協(xié)同型氮磷膨脹阻燃劑中常見(jiàn)的協(xié)效劑包括:分子篩、 納米材料、尼龍-6、金屬化合物等。
協(xié)同型氮磷膨脹阻燃劑中的氮磷膨脹型阻燃劑分子篩協(xié)效劑,分子篩是一類(lèi)由SiO2和AlO4四面體通過(guò)氧橋連接而成的晶體硅鋁酸鹽,理想的分子式 為Mx/n[(AlO2)x ·(SiO2)y]·zH2O,它們不僅具有均勻的孔結(jié)構(gòu)、大的比表面積,而且表面極性很高,這些性質(zhì)決定了分子篩不僅具有良好的吸附作用,而且具有一定的催化活性。
納米材料協(xié)效劑。APP(聚磷酸銨)-PER-MEL防火涂料雖然防火性能較好,但現(xiàn)階段存在添加量大、與基體相容性差、易吸潮、影響阻燃材料耐候性等問(wèn)題。在與水直接接觸的環(huán)境或潮濕環(huán)境中使用時(shí),易發(fā)生水溶、 鹽析等現(xiàn)象,從而使涂料失去防火效能。研究表明通過(guò)納米化可減少添加量,同時(shí)可 提高材料的力學(xué)性能、 防水性能和防火性能。
PA6成炭協(xié)效劑。PA6(聚酰胺)具有沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn),與PP形成復(fù)合材料可改善PP的力學(xué)性能,并且APP可增大PA6的成炭率,與PA6有協(xié)同阻燃作用。馬志領(lǐng)等用PA6代替部分PER作成炭劑,制得了膨脹型阻燃PP,研究表明:PA6的加入提高了氮磷膨脹型阻燃劑-PP體系的表觀黏度、力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性。
PA6的用量為3%時(shí),氮磷膨脹型阻燃劑-PP的拉伸強(qiáng)度提高了24.2%,分解溫度提高了18℃,阻燃性能保持不變,具有良好的加工性能,纖維素本身具有良好的成炭性能,熱分析表明,阻燃纖維素表面經(jīng)氮磷膨脹型阻燃劑處理后, 在500℃時(shí)成炭率較高, 可有效抵抗高溫?zé)嵫趸?。氮磷膨脹型阻燃劑?duì)纖維素的阻燃機(jī)理是由于磷酸或Lewis酸的催化作用,導(dǎo)致了材料在高溫下分解成炭。
金屬鹽與金屬化合物協(xié)效劑。在氮磷膨脹型阻燃劑體系中,燃燒及阻燃 經(jīng)歷了脫水、 氧化、降解、炭化等過(guò)程,熱分析研究發(fā)現(xiàn),添加適量的金屬氧化物后,材料降解的活化能和頻率因子均有所增加,材料的熱氧降解加快。而過(guò)量的金屬化合物會(huì)惡化材料的阻燃性能,某些金屬化合物甚至可能催化阻燃材料的分解,常見(jiàn)的金屬鹽與金屬化合物協(xié)效劑有Fe2O3、MnO2、ZnO2、TiO2、Bi2O3、 MgSnO3、Cr2O3、La2O3等。
磷酸三苯酯tpp是種含磷元素的無(wú)鹵環(huán)保型阻燃劑,面上大多數(shù)產(chǎn)品為自色片狀結(jié)晶,改產(chǎn)品為自色結(jié)晶性粉末,也更用于溶解于有機(jī)溶劑,TPP不溶于水,溶于苯、氯仿、醚和而酮,微溶于Z醇。微具芳香氣味,微有潮解性,不易燃燒。熔點(diǎn)約50℃,受熱時(shí)快速熔化成箍狀,潤(rùn)精效果極佳,常作為阻燃增塑潤(rùn)精劑使用。它在許多塑料和樹(shù)脂用作阻燃劑,如酚醛樹(shù)脂,環(huán)氧樹(shù)酯等。
協(xié)同型氮磷膨脹阻燃劑中的含硅化合物協(xié)效劑。傳統(tǒng)的氮磷膨脹型阻燃劑存在著生成的膨脹炭層致密性較差的缺點(diǎn),從而影響到阻燃效果。有研究報(bào)道指出,由含硅化合物在氮磷膨脹型阻燃劑中協(xié)效可提高其阻燃性能,常見(jiàn)的含硅化合物協(xié)效劑有硅氧烷、二氧化硅、硅膠、硅酮、硅晶等。
呂艷紅等采用APP與PER制備成混合型氮磷膨脹型阻燃劑阻燃PP,研究了不同含硅物質(zhì)———硅膠(SG)、硅酮(GM)以及硅晶(SW)纖維對(duì)氮磷膨脹型阻燃劑阻燃PP性能的影響,并通過(guò)LOI、UL-94、TGA對(duì)材料阻燃性能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明,三種物質(zhì)與氮磷膨脹型阻燃劑都存在一定的協(xié)同 效應(yīng)。其中, SG對(duì)氮磷膨脹型阻燃劑的協(xié)同效應(yīng)最好,在氮磷膨脹型阻燃劑含量為25%時(shí),添加2%的SG,材料LOI由29提高至35,UL-94也提高至V-0級(jí),材料的高溫?zé)岱€(wěn)定性也得到了極大提高,并且能夠生成結(jié)構(gòu)更加致密的炭層。
此外,蒙脫土和部分含硫化合物對(duì)氮磷膨脹型阻燃劑也有協(xié)效作用。
膨脹型阻燃劑有三個(gè)基本要素。即酸源、炭源和氣源。酸源又稱(chēng)脫水劑或炭化促進(jìn)劑,一般是無(wú)機(jī)酸或燃燒中能原位生成酸的化合物,如磷酸、硼酸、硫酸和磷酸酯等;炭源也叫成炭劑,它是形成泡沫炭化層的基礎(chǔ),主要是一些含碳量高的多羥基化合物,如淀粉、蔗糖、糊精、季戊四醇、乙二醇、酚醛樹(shù)脂等;氣源也叫發(fā)泡源,是含氮化合物,如尿素、三聚氰胺、聚酰胺等。三組分中,酸源最為主要,比例最大,且阻燃元素含于酸源中,所以酸源是真正意義上的阻燃劑,碳源和發(fā)泡劑則是協(xié)效劑。
膨脹型阻燃劑(IFR)是一種環(huán)保的綠色阻燃劑,不含鹵素,也不采用氧化銻為協(xié)同劑,其體系自身具有協(xié)同作用。
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