阻燃劑依其使用方式可以分為添加型阻燃劑和反應(yīng)型阻燃劑剥纷。大多數(shù)塑料具可燃性痹籍。隨著塑料在建筑、家具筷畦、交通词裤、航空、航天鳖宾、電器等方面的廣泛應(yīng)用吼砂，提高塑料的阻燃性已成為十分迫切的課題。
按照化學(xué)組成的不同鼎文，阻燃劑還可分為無機阻燃劑和有機阻燃劑渔肩。無機阻燃劑包括氫氧化鋁、氫氧化鎂拇惋、氧化銻周偎、硼酸鋅和赤磷等抹剩，有機阻燃劑多為鹵代烴、有機溴化物蓉坎、有機氯化物澳眷、磷酸酯、鹵代磷酸酯蛉艾、氮系阻燃劑和氮磷膨脹型阻燃劑等钳踊。抑煙劑的作用在于降低阻燃材料的發(fā)煙量和有毒有害氣體的釋放量，多為鉬類化合物勿侯、錫類化合物和鐵類化合物等拓瞪。盡管氧化銻和硼酸鋅亦有抑煙性，但常常作為阻燃協(xié)效劑使用助琐，因此歸為阻燃劑體系祭埂。
長久以來，鹵系阻燃劑以其高效的阻燃效果而被廣泛的用于聚丙烯的阻燃改性兵钮，但是其在阻燃過程中釋放的有毒的強腐蝕性氣體鹵化氫會對環(huán)境和人體健康造成極大的危害蛆橡，開發(fā)清潔、高效掘譬、安全環(huán)保航罗、價格低廉的阻燃劑和防火安全型阻燃高分子材料意義重大。無鹵阻燃技術(shù)是近年來阻燃領(lǐng)域向環(huán)保方向的發(fā)展趨勢屁药，備受工業(yè)界關(guān)注。
工業(yè)界對于無鹵阻燃產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)
小編今天將給大家介紹目前無鹵阻燃改性聚丙烯的原理和主要方法柏锄。
1.磷系阻燃劑
磷系阻燃體系包括無機磷系阻燃劑和有機磷系阻燃劑酿箭。目前應(yīng)用最廣的有機磷系阻燃劑是磷酸酯和膦酸酯，例如磷酸三苯酯趾娃、磷酸三(二甲苯)酯缭嫡、磷酸三乙酯、磷酸三異丙苯酯抬闷、磷酸三辛酯妇蛀、甲苯基二苯基膦酸酯、磷酸三(β-氯乙基)酯笤成、磷酸三(2评架，3-二溴丙基)酯、三(二溴苯基)磷酸酯等;無機磷系主要有紅磷(微膠囊化紅磷)炕泳、聚磷酸銨纵诞、磷酸鹽(如磷酸氫二銨、磷酸二氫銨培遵、磷酸銨等)浙芙。
阻燃機理：磷系阻燃劑是弱的火焰抑制劑;其阻燃機理在于磷系化合物受熱分解為含磷氧酸登刺，這些含磷氧酸可促使聚合物脫水炭化生成的焦炭層呈石墨狀，能阻隔內(nèi)部聚合物與氧接觸;焦炭層導(dǎo)熱性差,使聚合物與熱源隔絕嗡呼，減緩了熱分解纸俭，從而起到阻燃的作用。而脫水碳化這一步驟必須依賴聚合物本身的含氧基團南窗。對于聚丙烯來講揍很，分子結(jié)構(gòu)沒有含氧基團，單獨使用磷系阻燃劑時阻燃效果不佳矾瘾。如果與氫氧化鋁和氫氧化鎂等復(fù)配即可產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)女轿，從而得到良好的阻燃效果。
常用配方：通常用于聚丙烯的磷系阻燃劑主要是紅磷及有機磷化合物(如磷酸酯)壕翩。研究表明蛉迹，Mg(OH)2包覆紅磷復(fù)配物比單用Mg(OH)2的阻燃聚丙烯的阻燃效果要好,但力學(xué)性能有所下降。將10份包覆紅磷和80份的Mg(OH)2復(fù)配具有明確的協(xié)同阻燃效果放妈，使體系氧指數(shù)達(dá)到29%北救，且綜合性能良好。
2.氮系阻燃劑
含氮阻燃劑主要包括3大類：三嗪類化合物三聚氰胺芜抒、雙氰胺珍策、胍鹽(碳酸胍、磷酸胍宅倒、縮合磷酸胍和氨基磺酸胍)及它們的衍生物攘宙，特別是磷酸鹽類衍生物。
阻燃機理：溫度升高到一定程度拐迁，氮系阻燃劑受熱蹭劈，開始發(fā)生分解反應(yīng)，分解產(chǎn)物有NO线召、NO2铺韧、NH3、H2NCN缓淹、N2哈打、H2O、CO2等不燃燒的氣體讯壶，其中NH3是釋放出來的氣體的主要成分料仗，NH3具有降溫、吸熱以及稀釋氧氣等作用鹏溯。生成這些不燃性氣體起到吸熱隔氧的目的罢维，還有阻燃劑在分解過程發(fā)生的吸熱反應(yīng)消耗掉大部分熱量，明顯地降低阻燃材料燃燒表面的溫度，都起到阻止材料進一步燃燒和傳播火焰的作用肺孵。不燃性氣體物質(zhì)不但起到了稀釋燃燒界面上氧氣和可燃性氣體的濃度的作用匀借，還能消耗掉空氣中的氧氣，與之發(fā)生氧化反應(yīng)平窘，生成氮氣吓肋、水及深度的氧化物，實現(xiàn)阻燃的目的瑰艘。
常用配方：三聚氰胺(MA)是氮系阻燃劑的代表是鬼，受熱時易升華，不燃紫新，分解溫度為250～450℃均蜜，分解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，吸收大量的熱量芒率，釋放含N2囤耳、NH3及CN-的氣體。MA有助于聚合物成炭偶芍，并影響聚合物的熔化行為充择，作為膨脹型阻燃劑中的發(fā)泡成分(氣源)，其發(fā)泡效果好匪蟀，成炭致密椎麦，常用于阻燃聚丙烯。MA除了單獨使用外材彪，還常與酸反應(yīng)生成氮的衍生鹽類阻燃劑观挎，這類衍生鹽，如M系列阻燃劑(汽巴精化開發(fā))段化，在PP键兜、PE、以及PVC等熱塑性穗泵、熱固性塑料領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用;此外，可以代替三聚氰胺的雙氰胺主要用于制造胍鹽阻燃劑谜疤，或者雙氰胺與三聚氰胺結(jié)合佃延，協(xié)同阻燃。
3.硅系阻燃劑
硅系阻燃劑是一種新型的無鹵阻燃劑夷磕，是一種成炭型抑煙劑履肃，它在賦予聚合物優(yōu)異阻燃抑煙性的同時，還能改善聚合物的加工性能及提高聚合物的機械強度坐桩。硅系阻燃劑具有高效尺棋、無毒、低煙绵跷、無熔滴膘螟、無污染的特點成福，在眾多的無鹵阻燃體系中，備受關(guān)注荆残。硅系阻燃劑分為有機硅系和無機硅系兩大類奴艾，有機硅系主要是聚硅氧烷，包括硅油内斯、硅橡膠蕴潦、多種硅氧烷共聚物以及硅樹脂等，而發(fā)展最為迅速的是有機聚硅氧烷;無機硅系主要有硅酸鹽(如蒙脫土)俘闯、硅膠潭苞、滑石粉等。
阻燃機理：有機硅系阻燃劑在其燃燒的時候會較早發(fā)生熔融滴落現(xiàn)象真朗，其中有機硅阻燃劑的熔滴物質(zhì)穿過聚合物基體的空隙轉(zhuǎn)移到基材的表面此疹，生成致密而穩(wěn)定的含硅(主要成分SiO2)炭層，這層含硅炭層既阻止了燃燒分解的可燃性物質(zhì)的外逸蜜猾，同時也起到隔熱隔氧的作用秀菱，阻止高聚物材料的熱分解，達(dá)到阻燃蹭睡、低煙衍菱、低毒的目的;無機硅系阻燃劑的阻燃作用屬于凝聚相阻燃機理，一般認(rèn)為是通過燃燒時形成的無定形硅或者硅化物保護層的阻隔屏蔽作用來達(dá)到阻燃目的的肩豁。
常用配方：反應(yīng)型有機硅系阻燃劑作為聚合單體連接到聚合物分子鏈上脊串，或者有機硅氧烷接枝到聚合物分子鏈上，實現(xiàn)阻燃劑與基體材料一體化的共聚物清钥，一方面防止阻燃劑在聚合物內(nèi)遷移琼锋，另一方面實現(xiàn)了阻燃劑與聚合物基體完美的兼容，可以有效保持甚至提高材料的機械性能祟昭。例如SFR-100聚硅氧烷聚合物缕坎，與聚合物的結(jié)合機理和互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)部分交聯(lián)機理相類似，這種結(jié)合方式可明顯地抑制硅阻燃劑在聚合物基體內(nèi)的流動性篡悟，使它不至于遷移到被阻燃材料的表面谜叹。由于SFR-100與聚丙烯有非常好的相容性，所以常常單獨或者與其他協(xié)效劑(氫氧化鋁搬葬、聚磷酸銨荷腊、硬脂酸鎂等)并用來阻燃聚丙烯，可提高PP的抑煙性和阻燃性急凰。
現(xiàn)在已研制并且被廣泛應(yīng)用的無機硅系阻燃劑有SiO2女仰、微孔玻璃、低熔點玻璃以及玻璃纖維、硅凝膠/K2CO3疾忍、硅酸鹽/APP乔外、SiO2/SnCl4、硅氧烷/硼锭碳、水合硅化合物/APP等袁稽。無機硅系的阻燃劑以二氧化硅為代表，SiO2既具有阻燃作用擒抛，同時也是一種聚丙烯增強添加劑;SiO2通常與其他阻燃劑共同協(xié)效作用推汽，例如，SiO2與1-氧基磷雜-4-羥甲基-2,6,7-三氧雜雙環(huán)[2.2.2]辛烷(PEPA)形成的硅-磷復(fù)合體系阻燃PP歧沪，SiO2與季戊四醇合成的具有對稱結(jié)構(gòu)的雙環(huán)籠狀四配位硅阻燃劑歹撒，應(yīng)用于PP，均發(fā)揮良好的協(xié)效阻燃作用诊胞。SiO2與膨脹型阻燃劑暖夭、氫氧化鎂的協(xié)效阻燃用于聚丙烯中也被研究。
4.鋁-鎂系阻燃劑
用于聚丙烯的鋁-鎂系阻燃劑以氫氧化鋁撵孤、氫氧化鎂為主迈着。這類物質(zhì)具有熱穩(wěn)定性好、無毒邪码、不揮發(fā)裕菠、不產(chǎn)生腐蝕性氣體、發(fā)煙量小等優(yōu)點闭专。但是其在高分子材料中單獨使用添加量大,填充量大于50%(wt)時才能使高分子材料具有一定的阻燃效果奴潘。由于與聚丙烯的相容性差，在聚丙烯中難以均勻分散影钉，而且画髓，高填充量必將影響聚丙烯的力學(xué)性能。目前平委，表面改性處理奈虾、協(xié)同復(fù)合技術(shù)和粒度超細(xì)化是鋁-鎂系阻燃劑主要的研究方向。
阻燃機理：氫氧化鋁受熱分解過程是一個吸熱的反應(yīng)(吸熱量約為2kJ/g)廉赔，可帶走燃燒產(chǎn)生的大量熱量愚墓，降低燃燒界面的溫度;此外，分解產(chǎn)物之一是水蒸氣昂勉，可起到降溫和稀釋氧氣以及可燃?xì)怏w的濃度的作用;另一分解產(chǎn)物氧化鋁為致密的無機氧化物粉體，可覆蓋在聚丙烯阻燃材料表面扫腺，形成一層具有隔熱隔氧作用的保護炭層岗照，同時還具備抑煙的效果。
氫氧化鎂阻燃機理與氫氧化鋁類似，但氫氧化鎂分解溫度為340~490℃攒至，比氫氧化鋁高得多厚者，熱穩(wěn)定性相對較好，在消煙抑煙性能上也優(yōu)于氫氧化鋁迫吐，而反應(yīng)的吸熱量則相對氫氧化鋁少一些库菲，此外，Mg(OH)2可以促進塑料表面炭化志膀，而Al(OH)3無此作用熙宇。在相同的添加量下，二者對聚丙烯的阻燃效果并沒有明顯的差別溉浙，然而烫止，Mg(OH)2比Al(OH)3更適合作為加工溫度較高的聚合物的阻燃劑;通常兩種阻燃劑協(xié)同作用比單獨使用能達(dá)到更好的阻燃效果，其協(xié)同阻燃機理為戳稽，氫氧化鋁發(fā)揮阻燃作用溫度較低馆蠕，但吸熱量較大，可以有效抑制溫度的上升惊奇，在溫度較高時互躬，氫氧化鎂發(fā)生脫水吸熱反應(yīng)起阻燃作用，兩者復(fù)合颂郎，揚長避短吼渡，可擴寬發(fā)揮阻燃作用的溫度范圍和延長發(fā)揮阻燃效應(yīng)的時間，從而起到協(xié)效阻燃的作用祖秒。
常用配方：研究表明诞吱，氫氧化鎂與硼酸鋅、膨脹石墨竭缝、紅磷房维、蒙脫土等復(fù)配協(xié)效阻燃聚丙烯，兩者共同作用可以發(fā)揮比自身單獨作用更優(yōu)異的阻燃性能;氫氧化鋁抬纸、氫氧化鎂的粒徑與性能有很大關(guān)系咙俩，粒徑越小，比表面積就越大湿故，一般其阻燃效果就越好阿趁。如在細(xì)化氫氧化鋁的技術(shù)上，美國Solem公司的牌號為Halofree的無鹵坛猪、低煙脖阵、無毒、無腐蝕性及高熱穩(wěn)定性阻燃劑墅茉，即是以改性氫氧化鋁為基體的無機阻燃劑命黔。
目前呜呐，氫氧化鎂開發(fā)應(yīng)用的有納米型氫氧化鎂、顆粒級氫氧化鎂悍募、纖維狀氫氧化鎂蘑辑，其直徑為0.1~0.5um，長10~50um坠宴，既有補強又有阻燃作用洋魂，而且不影響加工性能。超細(xì)化的無機粉體喜鼓，由于表面能比較高副砍，容易團聚，在聚合物基體材料中分散性不好颠通，因此需要對其進行表面活化改性址晕。表面活性化主要是用硅烷類或鈦酸酯類偶聯(lián)劑對Al(OH)3和Mg(OH)2進行表面處理，以改善無機粉體在聚合物基體材料中的分散性和相容性顿锰。
5.膨脹型阻燃劑
膨脹型阻燃劑(IFR)由于其阻燃效率高谨垃、低煙、無毒硼控、無腐蝕氣體釋放等特點,被認(rèn)為是當(dāng)今無鹵阻燃材料的發(fā)展方向之一刘陶。但由于膨脹型阻燃劑與聚丙烯相容性差、吸潮牢撼、易析出等原因,目前,膨脹型阻燃劑表面改性匙隔、不同阻燃劑的協(xié)同效應(yīng)、開發(fā)新型膨脹型阻燃劑已成為膨脹型阻燃技術(shù)主要發(fā)展趨勢熏版。
阻燃機理：IFR一般是以磷纷责、氮、碳元素為主要成分的新型復(fù)合阻燃劑撼短。通常由三部分組成——成炭劑(碳源)再膳，脫水劑(酸源)和膨脹劑(氣源)。在常規(guī)的IFR復(fù)合阻燃劑中曲横，通常作為酸源的是聚磷酸銨(APP)喂柒，作為碳源的是季戊四醇(PER)，作為氣源的是三聚氰胺(MA)禾嫉，其發(fā)揮阻燃的作用機理為：當(dāng)溫度升高時灾杰，IFR中的碳源在酸源的作用下，發(fā)生酯化反應(yīng)熙参，產(chǎn)物為酯類化合物;其后艳吠，發(fā)生脫水交聯(lián)反應(yīng)，酯類化合物形成炭化物孽椰，同時氣源分解產(chǎn)生的氣體作用于這些炭化物昭娩，使其形成封閉泥兰、多孔、蓬松的發(fā)泡結(jié)構(gòu)炭層题禀，該炭層實質(zhì)是碳的微晶，為無定型碳結(jié)構(gòu)膀捷，不能燃燒迈嘹，并且可起到隔斷聚丙烯阻燃材料與熱源間發(fā)生熱傳導(dǎo)的作用，使得聚阻燃丙烯的熱降解溫度得到提高全庸。此外秀仲，封閉的發(fā)泡炭層能夠阻礙氣體發(fā)生擴散，亦即阻止熱分解生成的可燃性氣體發(fā)生擴散壶笼，同時阻隔外界氧氣流通到未裂解的阻燃聚丙烯材料表面神僵，由于燃燒得不到充足的氧氣和熱能，正在燃燒的阻燃聚丙烯材料就會自熄覆劈。
常用配方：通過調(diào)節(jié)碳源保礼、酸源、氣源這三種組分的配比责语，可合成阻燃效果不同的復(fù)合型IFR炮障。傳統(tǒng)的復(fù)合型IFR配方是以3/1/1的質(zhì)量比來分別混合復(fù)配酸源、碳源坤候、氣源胁赢，由此得到的IFR具有最佳的阻燃效果。目前白筹，主要由多羥基化合物和含碳豐富的聚合物作為碳源智末，前者主要有如季戊四醇、甘露醇或山梨醇等徒河，后者則包括熱塑性聚氨酯和PA6以及淀粉等系馆。三嗪高分子及其衍生物，由于含有穩(wěn)定的三嗪環(huán)虚青，其本身具有易成炭的性能它呀，已成為新型的成炭劑，近年來也開始備受關(guān)注棒厘。聚磷酸銨纵穿、硼酸鋅和磷酸銨鎂是最常見的酸源物質(zhì)。三聚氰胺奢人、雙氰胺甲醛樹脂谓媒、硼酸胺、雙氰胺何乎、聚磷酸銨句惯、氯化石蠟等則是常用的氣源物質(zhì)土辩。復(fù)合型IFR的研究比較成熟，目前已經(jīng)實現(xiàn)商品化的主要有GreatLake公司的CN-329抢野、Mented公司的MF-80拷淘、CN-197和Monsato公司的Spinflam系列、Hochest公司的Exolit指孤、ChemieLinz公司的MelapurPA-90启涯。
單組分的IFR集碳源、酸源和氣源于同一組分當(dāng)中恃轩，其優(yōu)點是不僅可以有效地減少PP中IFR的添加量结洼，同時改善材料的吸水性，而且具有良好的熱穩(wěn)定性叉跛，此外松忍，還可通過與聚丙烯基體材料的單體進行接枝共聚，這樣就能有效地改善IFR與聚丙烯基體之間兼容性差的問題筷厘，但單組分IFR阻燃效率相對較低鸣峭。目前，國內(nèi)外單組分IFR實現(xiàn)商品化的品種較少敞掘，最先被應(yīng)用于聚烯烴阻燃的單組分IFR是1-氧基磷雜-4-羥甲基-2,6,7-三氧雜雙環(huán)[2.2.2]辛烷(PEPA)的磷酸酯叽掘，從此之后，這類化合物作為IFR阻燃劑在聚烯烴中的應(yīng)用和研發(fā)引起了阻燃界高度重視玖雁。季戊四醇雙磷酸酯密胺鹽(PDM)是季戊四醇系列單組分IFR的代表更扁，是最典型的“三位一體”IFR阻燃劑，也是國外已商品化的單組分IFR產(chǎn)品赫冬，其阻燃性能良好浓镜、有較好的熱穩(wěn)定性以及耐光老化性能。
為了進一步提高IFR的阻燃效率劲厌，通常采用沸石膛薛、傳統(tǒng)的金屬化合物、金屬螯合物补鼻、天然黏土以及稀土氧化物等作為IFR體系的協(xié)同阻燃助劑哄啄。此外，蒙脫土风范、水滑石咨跌、單壁碳納米管或多壁碳納米管等納米顆粒，也被添加到聚丙烯基體中硼婿，與IFR共同作用以提高其阻燃效果锌半。總之寇漫，添加適量的協(xié)效助劑刊殉，與IFR共同協(xié)效阻燃殉摔，可明顯地改善聚丙烯的阻燃性能，抑制聚丙烯在燃燒過程中釋放熱量记焊，減緩放熱率逸月，同時降低燃燒時發(fā)生的熱失重效應(yīng)導(dǎo)致的質(zhì)量損失，提高聚丙烯的熱穩(wěn)定性和增加燃燒后的剩炭量遍膜。
針對IFR的熱穩(wěn)定性差彻采、易吸潮、與聚丙烯相容性差以及阻燃效率不夠高等問題捌归，近年來出現(xiàn)納米化、表面改性岭粤、微膠囊化等新型處理技術(shù)對IFR進行性能改進處理惜索。
總結(jié)
上述無鹵阻燃劑雖然已經(jīng)可以達(dá)到環(huán)保高效阻燃的效果，但也依然存在一些問題剃浇。例如巾兆，常用的鋁-鎂系阻燃劑都是粉狀的，加入量相當(dāng)大時才呈現(xiàn)出優(yōu)良的阻燃性能虎囚，由于與聚丙烯的相容性不好角塑，往往使阻燃聚丙烯的力學(xué)性能難于滿足使用要求;膨脹型阻燃劑容易吸濕，與聚丙烯相容性差容易導(dǎo)致從制品中析出淘讥，影響阻燃性能和其他使用性能;有些納米材料與聚丙烯復(fù)合圃伶，力學(xué)性能有所提高,但阻燃性能改善的幅度有限。
因此蒲列，研究新型無鹵阻燃劑和不同阻燃劑復(fù)合的協(xié)效作用窒朋，研制新型表面改性劑和新的表面改性技術(shù)，使阻燃劑與聚丙烯有適宜的相容性蝗岖，構(gòu)筑適度柔性侥猩、結(jié)合力強的界面結(jié)構(gòu)，是制得阻燃性能優(yōu)異抵赢，力學(xué)性能也明顯提高的無鹵阻燃聚丙烯的發(fā)展方向欺劳，使無鹵阻燃聚丙烯盡快適應(yīng)諸多領(lǐng)域的使用要求，增強生產(chǎn)生活的安全性铅鲤。（文章來源于網(wǎng)絡(luò)）
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