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阻燃剂的分类概述

发布日期:2019/11/5 13:35:18

阻燃剂是能够降低易燃或可燃材料的燃烧性、自熄性或消烟性,提高材料抗燃性的一种功能化助剂,在化学建材、衣食住行、电子电器等各个领域中具有广阔的市场前景。

阻燃剂的品种很多,一般基于阻燃剂与基材被处理的方法,可将其分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂。添加型阻燃剂在阻燃整理基材的过程中,不会与基材中的其它成分发生化学反应,只以物理共混形式进入基材中或分散在基材表面而使其具有阻燃性。这类阻燃剂在处理过程中,其工艺相对简单,但对阻燃剂自身的要求较高,比如在微粒化的程度上,微粒越小,阻燃剂与基材共混的越均匀,阻燃效果就越好。反应型阻燃剂在阻燃整理的过程中,其自身或与基材发生聚合或缩聚的反应,并结合到高聚物的分子链上,起到阻燃作用。

按化学组成分的不同,也可以分为两类:无机阻燃剂与有机阻燃剂,具有代表性的阻燃剂是卤系、膨胀型阻燃剂、磷系、氮系及无机氢氧化物等。

一、卤素阻燃剂

卤素阻燃剂是目前全球产量最大的有机阻燃剂之一,是阻燃剂的一个重要系列。卤素阻燃剂的适用范围广、热稳定性高、价格低廉,而且阻燃效率高,兼容性也好,这些优点使其在国内外得到了广泛应用。工业上生产的卤系阻燃剂主要用于电子、纺织和建筑工业,主要品种是环氧树脂、苯乙烯及其共聚物、聚酯纤维和热塑性工程塑料。

卤系阻燃剂的工作机理主要是气相阻燃:卤素阻燃剂在受热的过程中会分解,生成卤素自由基,自由基与被阻燃材料反应,抽提氢原子生成卤化氢而进入气相,不燃气体的产生会稀释空气中氧气和可燃性气体的浓度,起到阻燃作用。

卤系阻燃剂在燃烧过程中会生成大量的烟和有害气体,给环境和人类健康带来了巨大的威胁,而且近些年发现,个别溴系阻燃剂本身对环境和人类健康存在潜在的危害性,这显然与当今环保要求相悖。自欧盟颁布 RoHS 和 WEEE 指令以来,溴系阻燃剂在国外备受争议,据报道,美国、澳大利亚、英国等国家已制定并颁布法令,对某些制品进行了燃烧毒性试验或对释放的酸性气体也进行严格控制和规定,因此,阻燃剂向非溴化转变、开发无卤阻燃剂已成为全世界阻燃领域的趋势。

二、磷系阻燃剂

磷系阻燃剂在是阻燃剂中最重要的一种,也是各类阻燃剂中最为复杂、研究得较为充分的一类,被广泛应用于各行各业。此类阻燃剂可分为两大类:无机磷系阻燃剂和有机磷系阻燃剂。无机磷系阻燃剂包括聚磷酸铵、磷—氨基化合物、赤磷和磷酸盐。红磷作为性能优良的阻燃剂,由于其仅含有阻燃元素磷,使其具有高效、低毒和低烟的阻燃效果。但在应用过程中也存在一些弊端,如易吸湿,与树脂相容性差,易氧化,可产生磷化氢气体等,这些缺点限制了红磷的直接应用,但经过表面处理后的红磷在阻燃领域深受重视。 

有机磷系阻燃剂,主要有磷酸酯、杂环类、亚磷酸酯和有机磷盐等。磷酸酯大多为添加型阻燃剂,也是有机磷系阻燃剂比较重要的一类,我国使用较多的是磷酸三甲苯酯。磷酸酯熔点大都比较低,挥发性大,而且与高分子材料的相容性不是太好,在燃烧时产生熔滴,但加入氮元素的磷酸酯阻燃剂会通过协同作用克服这些缺点。

亚磷酸酯一般作为反应型阻燃剂,反应型阻燃剂对高聚物进行化学改性来赋予材料阻燃性也日益受到人们的重视。有机磷杂环化合物有很大的研究价值,是近期阻燃剂研究中非常活跃的领域之一。有机磷杂环化合物主要六元环和五元环,其中六元杂环占主导地位,大多用于环氧树脂等材料阻燃;五元磷杂环阻燃剂一般用于聚烯烃和聚酯的阻燃。

三、氮系阻燃剂

根氮系阻燃剂发展较晚。用氮系阻燃剂处理的材料在燃烧时,受热放出氨气、水和氮气等不燃性气体,这些气体会稀释空气中可燃性气体和氧气的浓度,起到阻燃的作用。

氮系阻燃剂与传统卤素阻燃剂相比,具有如下特点:

1、烟密度低 烟的毒性低 它降低了不完全燃烧产生的烟密度,控制了烟的释放 将烟的密度控制在低水平,广泛用于各种热塑性和热固性塑料。

2、毒性低 含氮的有机阻燃剂本身毒性低,经过它处理的材料燃烧中释放的气体毒性也较小。

3、烟雾对设备的腐蚀性小 含氮有机化合物燃烧时,不释放腐蚀性气体,所以对设备及材料的腐蚀性也大大降低。

4、可与其他阻燃剂或加工助剂结合使用 把氮系阻燃剂与其它阻燃剂共同加入塑料中,能提高塑料的综合性能。

5、加工温度可以提高 含氮有机物的分解温度较高,加入材料后,可以提高材料的加工温度。氮系阻燃剂,主要包括胍盐及其衍生物、双氰胺和三聚氰胺,其中三聚氰胺和三聚氰胺磷酸酯具有很大的发展潜力。总的来看,只含有氮元素的阻燃剂的阻燃性能不是很好,由于氮元素良好的协效性,大多与其它阻燃剂复合使用,尤其与磷元素阻燃剂的复合。

四、复配阻燃剂

在阻燃剂的生产应用中,单一的阻燃剂存在一定的缺陷,这样在使用过程中就无法满足人们的高要求,也相应的限制了单一阻燃剂在某些方面的应用。为了解决这个问题,人们采用了阻燃剂复配技术,对两种或两种以上的阻燃剂进行复合,从性能、经济和社会效益等方面综合考虑进行优化,从而得到需求最佳的复配阻燃剂。对阻燃剂复配可以实现不同阻燃剂之间的性能互补,提高阻燃性能,并降低用量,良好的复配也可以提高材料的力学性能和加工性能。

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