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无机阻燃剂

无机阻燃剂(inorganic flame retardnat)是耐高温溶液加入超微无机金属氧化物精细加工而组成。无机阻燃剂主要是把具有本质阻燃性的无机元素以单质或化合物的形式添加到被阻燃的基材中,以物理分散状态与高聚物充分混合,在气相或凝聚相通过化学或物理变化起到阻燃作用。以开发研究的木质阻燃元素主要有主族金属Mg、Al、Ca、Sb,非金属B、Si、N、P,卤素及过渡金属元素Mo、V、Fe等,无机类阻燃剂主要有金属水合物、红磷、硼类化合物、锑类化合物等,无机阻燃剂具有热稳定性好、不挥发、效果持久、价格便宜等特点,得到广泛的应用。 

耐温可达1700℃,涂料完全透明,在常温和高温下无任何气味,无机阻燃剂涂刷后涂膜影不响物体的本来颜色,志盛无机阻燃剂涂刷在无机的材质基体上,能与物体表面形成互穿网络结构,附着力好,具有一定的隔热、防氧化、防腐、阻燃防火的保护作用,延长基体的使用寿命,节能环保。添加于聚合物配方中,具有阻燃、协效阻燃或抑烟功能的无机化合物。

一般包括氢氧化铝、氢氧化镁、赤磷、多聚磷酸铵、硼酸锌、氧化锑和钼化合物等。

其中氧化锑、硼酸锌等单独使用时阻燃效果并不显著,与卤系、磷酸酯及其他有机阻燃剂配合能明显提高其阻燃效果,因此亦有阻燃协效剂或阻燃助剂之称。

无机阻燃剂一般阻燃效能较低,添加量大,但有害性小,抑烟效果好。

无机阻燃剂的金属水合物主要以氢氧化铝、氢氧化镁为主。其具有填充剂、阻燃剂、发烟抑制剂三重功能。

2Al(OH)3→Al2O3+3H2O+70.6Kcal

氢氧化铝阻燃剂(ATH)

氢氧化铝 (简称ATH) 阻燃剂,具有无毒、稳定性好,高温下不产生有毒气体,还能减少塑料燃烧时的发烟量等优点,而且价格低廉,来源广泛。氢氧化铝的脱水吸热温度较低,约为235~350℃,因此在塑料刚开始燃烧时的阻燃效果显著。ATH在添加量为40%时,可显著减缓PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PVC(聚氯乙烯)及ABS(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物)等的热分解温度,具有良好的阻燃及降低发烟量的效果。添加50%的氢氧化铝的聚烯烃,在日本主要用于制作食品包装材料,添加60%氢氧化铝的阻燃聚烯烃可用作建筑材料及汽车、船舶的内部装饰材料。

普通氢氧化铝阻燃剂主要问题是所需填充量大,否则就无良好的阻燃效果,但填充量大必然导致树脂混炼和成型时物料的流动性差,影响材料的加工性能和机械性能。氢氧化铝颗粒经表面处理后还可以改善与树脂的相容性,因而适用于PE、PP、EVA(乙烯/乙酸乙烯酯共聚物)及加工温度高的工程塑料PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)和PA(尼龙)。

氢氧化镁阻燃剂(MDH)

氢氧化镁(简称MDH)阻燃剂具有良好的阻燃效果,同时还能够减少塑料燃烧时的发烟量,起到抑烟剂的作用。氢氧化镁还具有安全无毒,高温加工时热稳定性好等优点。氢氧化镁填充的塑料材料表面光洁明亮,色泽美观大方。将氢氧化镁阻燃剂用于PP塑料,添加量为50%时即具有良好的阻燃效果。在适量添加时,氢氧化镁还是PP材料的高效消烟填料。但是氢氧化镁分解温度较高,在340~490℃左右,吸热量也较小,因此对抑制材料温度上升的性能比氢氧化铝差,对聚合物的炭化阻燃作用却优于氢氧化铝。因此两者复合使用,互为补充,其阻燃效果比单独使用更好。

氢氧化镁阻燃剂同样有所需填充量大的缺点,大量的氢氧化镁阻燃剂会降低塑料制品的强度以及其他性能。其次氢氧化镁的耐酸性差,在酸中会很快溶解,也容易受乳酸影响而使制品表面留下指纹。

已经采用超细化技术,表面处理等技术改善了氢氧化镁阻燃剂的性能,开发出一系列优质高效的新产品。

红磷阻燃剂

红磷是一种很好的无机阻燃剂,同时还是氢氧化铝/氢氧化镁阻燃体系中常见的阻燃增效剂。红磷的阻燃效率高、用量少、发烟量低、毒性小,具有非常广泛的使用范围。尤其对含氧聚合物的阻燃效果好,对PE、PP塑料的阻燃效果稍差,但与氢氧化镁、氢氧化铝阻燃剂同时使用时,可以产生协同效应而起到良好的阻燃效果。

普通红磷阻燃剂有吸潮、易着色、摩擦碰撞时易爆炸的缺点,已经开发出颗粒用微胶囊包覆的红磷阻燃剂,它是在红磷微粒外包覆一层膜而使之成为胶囊,这种胶囊在加工时不会破裂,但塑料材料着火时,这层膜却能立即融解而释放出阻燃剂从而达到阻燃的目的。因此新型红磷阻燃剂克服了以上几种缺点,并且其阻燃效果与普通红磷阻燃剂基本相同。微胶囊包覆方法还提高了红磷在树脂中的分散性能。

金属水合物阻燃机理是:受热分解时释放出结晶水。这是个强吸热反应,吸热量很大,可起到冷却聚合物的作用,同时反应产生的水蒸气可以稀释可燃气体,抑制燃烧的蔓延,且新生的耐火金属氧化物(Al2O3、MgO)具有较高的活性,它会催化聚合物的热氧交联反应,在聚合物表面形成一层炭化膜,炭化膜会减弱燃烧时的传热、传质效应,从而起到阻燃的作用。另外,此类氧化物还能吸附烟尘颗粒,起到抑烟作用。氢氧化物阻燃剂还具有抗熔滴,促炭化,不挥发,不渗出,能长期保留在聚合物中等功效。但是氢氧化物的阻燃效果与其添加量有密切关系,聚合物阻燃性随加入量的增加而迅速增加,氧指数在26以上属难燃材料,但高加入量必将影响基材的加工性能和力学性能,材料的相容性也会大大降低。

粒度超细化、表面改性处理和协同复合技术是三个主要发展方向。利用低密度聚乙烯接枝物对纳米级Mg(OH)2表面进行修饰后用于PA66的阻燃,并与传统的硅烷偶联剂KH550改性Mg(OH)2进行了对比。发现低密度聚乙烯接枝物修饰Mg(OH)2分散较好,阻燃效果优越,在添加量为40%时,PA66氧指数可达31,阻燃等级为V-0级。

不使用含氯、溴等卤素的阻燃剂

由于卤素阻燃剂在燃烧时释放出大量的烟和有毒气体,发达国家对其使用已经作出了严格的规定。随着生活水平的提高,人们对安全以及环保的要求也相应地提高,国内已有学者呼吁按照我国实际情况制定阻燃剂使用及阻燃效果测试的标准,因此国内塑料企业应尽早在国家出台相应规定以前做好准备。另外中国进入世界贸易组织后,塑料行业的各种规定也应当迅速与国际接轨,只有这样,我国的产品才能在其它国家,尤其是发达国家得到承认。

使用具有抑烟效果的阻燃剂

发烟是聚合物燃烧的基本特征,烟密度过大不仅降低环境能见度,给救灾带来种种不便,而且烟也是火灾时最致命的因素,资料统计,火灾中80%的死亡是烟窒息所致。因此阻燃技术中“阻燃”和“抑烟”已相提并论。而且对某些类型的塑料材质,如PVC而言,抑烟比阻燃更为重要。将普通阻燃剂与钼化物复合使用,是解决消烟问题有效而经济的途径。

无机阻燃剂将快速发展

无机阻燃剂具有价格低廉,来源广泛,无毒、无腐蚀,在燃烧时不造成二次污染等优点。为了减少阻燃剂的有害副作用,各国都在集中力量研制高性能无机阻燃剂。微细化、表面改性、微胶囊化的无机阻燃剂必将成为塑料行业的新宠。

总之,塑料阻燃剂的发展趋势将是高效、抑烟性好、无毒廉价、对塑料制品使用性能影响小的阻燃剂,当前则应特别关注各种新型的无机阻燃剂。



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