什么是阻燃剂?
阻燃剂种类繁多,按成分可分为有机阻燃剂和无机阻燃剂。代表性的阻燃剂是卤素、磷、氢氧化铝和氢氧化镁。
1.卤素阻燃剂
卤素阻燃剂是一种含有卤族元素,与卤族元素一起起阻燃作用的阻燃剂。卤素系统的四种卤族元素氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)和碘(I)都是阻燃剂,阻燃效果按照F、Cl、Br、I的顺序增强..碘阻燃剂最强。在生产中,只有氯和溴阻燃剂被广泛使用,而氟和碘阻燃剂很少使用,因为含氟阻燃剂中的C-F键太强,不能有效捕获自由基,而含I阻燃剂中的C-I键太弱,不能被破坏,影响聚合物性能(如光稳定性),使阻燃性能在降解温度以下丧失。
卤素阻燃剂(尤其是溴系阻燃剂)最大的优点是阻燃效率高,用量少,相对成本低。此外,溴系阻燃剂与材料的相容性好,所以我国阻燃剂仍以卤系阻燃剂为主,主要包括氯系和溴系,占整个阻燃体系的80%以上。然而,卤素阻燃剂在高温和明火下会释放出腐蚀性有毒气体,如卤化氢,并伴有排烟口。阻燃剂的发展趋势是在提高阻燃性能的同时更加注重环保和生态安全。在此背景下,一些传统的溴系阻燃剂受到了日益严格的环保和阻燃法规的压力,迫使用户寻找溴系阻燃剂的替代品,也将促进新型阻燃材料的出现。
2.磷阻燃剂
根据磷系阻燃剂的组成、结构和作用机理,磷系阻燃剂可分为三大类:无机磷系阻燃剂、磷系膨胀型阻燃剂和有机磷系阻燃剂。
无机磷阻燃剂主要有红磷、磷酸盐和聚磷酸铵。红磷对多种聚合物都有很好的阻燃效果。自1965被发现以来,备受关注。红磷作为阻燃剂,可以在较低的用量下使大多数聚合物具有良好的阻燃性能。处理过程稳定。它既能在气相中产生自由基阻燃剂,又能在固化相中形成碳层阻燃剂。目前,通过对红磷的表面处理、稳定化处理和包覆处理,红磷的吸湿性、自燃温度、磷化氢释放量、粉尘爆炸浓度、跌落自燃性以及与聚合物的相容性都有了很大的提高。然而,红磷由于其自身的颜色,在纺织工业中的应用受到限制。
膨胀型阻燃剂是一种以磷和氮为主要阻燃元素的阻燃剂,由酸源(脱水剂)、碳源(成炭剂)、气源(发泡剂)三部分组成。该系统长期以来被用作防火涂层。然而,人们只是在近几年才意识到它的扩张特征。其机理是膨胀型阻燃剂受热时在材料表面形成致密的多孔泡沫碳层。这种泡沫炭层不仅可以阻止内部聚合物的进一步降解和可燃物质向表面释放,还可以阻止热源向聚合物传递,隔绝氧源,从而有效阻止火焰的蔓延和蔓延,达到阻燃效果。这项技术基本上克服了许多传统阻燃剂的缺点。被誉为阻燃技术的一次革命,得到了阻燃行业的一致好评。它将是未来阻燃材料发展的主流。
有机磷化合物是添加型阻燃剂。它具有阻燃和增塑的双重功能。这类阻燃剂燃烧时产生的偏磷酸能形成稳定的聚合物,覆盖在可燃物表面,阻止外界氧气进入和内部可燃气体溢出,从而起到阻燃作用。其阻燃效率高,可达溴化物的4 ~ 7倍。
磷系阻燃剂具有低卤、无卤、低烟、低毒的特点,用量小、效率高,符合阻燃剂的发展方向。它在阻燃剂领域备受关注,在我国有很大的发展潜力和空间,但由于磷系阻燃剂本身的一些缺陷。如某些阻燃剂相容性差,表面处理技术不完善,有机磷体系多为液态,易挥发,发烟,热稳定性差,限制了其应用。因此,磷系阻燃剂的研究有待加强。
3.氢氧化铝和氢氧化镁阻燃剂
氢氧化铝和氢氧化镁是最常见的无机阻燃剂,无毒,稳定性好。在高温下不产生有毒气体,还能减少塑料燃烧时产生的烟雾量,而且价格便宜,来源广泛。氢氧化铝的脱水吸热温度相对较低,约为235 ~ 350℃,因此塑料在燃烧初期的阻燃效果显著。氢氧化镁阻燃剂在适量添加时能明显减缓PE、PP、PVC、ABS的热分解温度,具有良好的阻燃和消烟效果。而氢氧化镁的分解温度相对较高,约为340 ~ 490%,吸热也相对较小,抑制材料温升的性能比氢氧化铝差,但对聚合物的炭化和阻燃效果比氢氧化铝好。因此,两者结合使用,相辅相成,其阻燃效果优于单独使用。但由于无机阻燃剂是一种填料,当其大量添加到树脂中时,往往会不同程度地影响材料的加工性能和力学性能。因此,传统无机阻燃剂的改性已成为目前的研究热点。无机阻燃剂的微胶囊化、表面改性、少尘或无尘以及协同效应成为解决这一问题的好方法。
4.锑阻燃剂
三氧化二锑、胶体五氧化二锑和锑酸钠是锑系阻燃剂的主要产品,其中三氧化二锑应用广泛。是典型的添加型无机阻燃剂,主要用于塑料制品和纺织织物的阻燃,也可用作橡胶和木材的阻燃剂。阻燃机理是三氧化二锑在燃烧期间首先熔化,其熔点为665℃。在材料表面形成保护膜隔绝空气,通过内部吸热反应降低燃烧温度。在高温下,三氧化二锑被氧化,稀释了空气中的氧气浓度,从而起到阻燃的作用。无卤锑化合物本身几乎没有阻燃效果,但与含卤有机化合物一起使用时,形成了非常有效的锑/卤阻燃剂协同体系。中国锑储量居世界第一,这对锑系阻燃剂的发展非常有利。超细高纯白色氧化锑产品的研发是当前发展的重点。