聚丙烯PP阻燃劑材料發展分析
- 發布時間：2019-05-15 05-15 10:33 作者：康阜新材料
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聚丙烯(PP)是三大通用塑料之一,具有生產成本低、綜合力學性能好、無毒、質輕、耐腐蝕、電氣性能好、易加工、易回收等諸多優點,被廣泛地應用于化工、化纖、建筑、輕工、包裝等領域。隨著市場需求的增加,全球PP的生產能力也不斷提高,2004年為4.13 Mt,2005年為4.80 Mt,預計未來幾年,還將以每年5.9%的速度增長,到2010年可達到6.10 Mt。近年來,隨著聚丙烯聚合技術的不斷發展,聚丙烯材料的力學性能、光潔性等都得到了很大提高,可與部分工程塑料相媲美,從而被更廣泛地應用于家電、汽車、民用建筑等行業。但由于聚丙烯屬易燃材料,隨著其應用范圍的擴大、用量的增量,火災隱患也越來越多,為了避免災害的發生,保證人民生命財產的安全,賦予聚丙烯材料阻燃性能是十分重要和必要的,這也是目前有關聚丙烯阻燃研究十分活躍的重要原因之一。
聚丙烯阻燃劑的發展
傳統的聚丙烯阻燃改性方法是添加含鹵阻燃劑(如,十溴聯苯醚、六溴環十二烷、八溴醚等),但添加含鹵阻燃劑制成的阻燃PP,在燃燒發揮效能的同時,會釋放出污染環境、危害人體健康的煙和腐蝕性氣體,這些腐蝕性氣體對建筑物及設備的破壞甚至超過火災本身,更嚴重的是某些溴系阻燃劑燃燒或熱裂時,會形成有毒的致癌物多溴代二苯并二噁烷及多溴代二苯并呋喃。因此,現在有不少阻燃劑用戶對鹵系阻燃劑持審慎甚至不歡迎的態度,并積極致力于無鹵阻燃劑的開發,特別是在電子電器行業內,無鹵阻燃改性PP成為近年來研究和開發的熱點。
無鹵阻燃劑有金屬氫氧化物、磷系阻燃劑、有機硅系阻燃劑等。金屬氫氧化物具有無毒、無腐蝕、不產生有毒氣體等優點,因而被稱為綠色環保型阻燃劑,但其添加量通常在50%以上才能達到較好的阻燃效果,而高填充量將嚴重影響材料的物理機械性能;磷系阻燃劑主要用于含氧高聚物,磷系阻燃劑中的紅磷由于顏色較重,不適合應用于對顏色要求較高的產品中,所以,有較大的局限性;有機硅系阻燃劑由于價格太高也未得到廣泛使用。所以開發新的無鹵阻燃體系成為阻燃領域的一大課題。
近年來,人們對膨脹型阻燃劑研究得較多。它是以PVC為主要核心成分的復合阻燃劑,可用于多種易燃聚合物。添加膨脹型阻燃劑的聚合物燃燒時,會在表面形成一層均勻的炭質泡沫層,此炭層在凝聚相能起到隔熱、隔氧、抑煙和防熔滴的作用,而且無鹵、低煙、低毒、無腐蝕性氣體,對PP力學性能和加工性能的影響也較少小,基本上克服了傳統阻燃劑技術中存在的缺點,備受國內外專家學者的關注,也被公認為是實現阻燃劑無鹵化很有希望的途徑之一。
聚丙烯阻燃劑的作用機理
聚丙烯的燃燒分為3個過程:遇氧分解產生可燃氣體、可燃氣體燃燒、熱反饋以維持燃燒繼續。破壞該循環的任一或數個階段,就可以使得燃燒自動停止。因此,聚丙烯的阻燃途徑有3種:一是利用阻燃劑對聚合物分解出的可燃氣體產物的燃燒或火焰起阻止作用,由于阻燃是在氣相中發生作用,稱為氣相阻燃;二是利用阻燃劑來阻止有機聚合物的熱分解釋放可燃氣體,因為是對高聚物凝聚相發生作用,稱為凝聚相阻燃;三是利用阻燃劑阻止部分燃燒熱返回聚合物的熱反饋,稱為中斷熱交換阻燃機理。
PP阻燃劑的添加主要通過兩種途徑來實現:一是通過機械混合的方法將添加型阻燃劑加入PP中,這是目前制備阻燃PP的主要方法;二是將反應型阻燃劑接枝到PP的主鏈或側鏈上,如,采用原位反應增容法將非鹵阻燃劑反應性單體引入到PP大分子骨架上,用此法制得的非鹵阻燃PP中,反應性單體起到了偶聯劑的作用,顯著提高了阻燃劑與PP的相容性,不同的反應單體增容效果不同,雙單體體系比單一單體體系具有更好的相容性。
聚丙烯阻燃劑的發展方向
隨著高聚物材料阻燃化處理技術的不斷發展,對阻燃劑綜合性能的要求也越來越高,既要達到規定的阻燃級別,還要有良好的物理力學性能、耐腐蝕性、低煙性、無毒性及熱穩定性等。聚丙烯阻燃劑材料的發展方向大致概括為:阻燃效率高,可賦予聚烯烴良好的難燃性;與聚烯烴的相容性好,可較好地分散在聚烯烴中形成均相體系;在聚烯烴的加工溫度下不分解;不降低聚烯烴的力學性能、電性能、耐候性等;耐久性好,能長期保留在聚烯烴制品中發揮阻燃作用;安全環保,無毒、無臭、無污染,在阻燃過程中不產生有毒氣體。總之,聚丙烯阻燃劑材料正向高效、低煙、低毒、低成本的方向發展,特別是無鹵、低煙、低毒的膨脹型阻燃劑、有機硅系阻燃劑以及納米阻燃劑的開發與應用將成為聚丙烯阻燃劑最活躍的研究領域。
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