一部分受热时能发生吸热分解的化合物(如氢氧化铝(ATH)及氢氧化镁(MH))能冷却被阻燃的基质,使其温度降至维持燃烧所必需的温度以下。还有,这类吸热分解能产生水蒸气或其他不燃气体,它们能稀释气相中的可燃物浓度,而热分解生成的残余物又可作为保护层,使下层基质免遭热破坏。
一、成炭及成炭反应
一般情况下认为,硅氧基阻燃PC的作用是按凝聚相阻燃原理,即通过生成裂解炭层和提高炭层的抗氧化性实现其阻燃功效的。
有实验证明,支链甲基苯基硅氧烷的阻燃PC的燃烧残渣是不熔性的交联化台物,气相裂解色谱图指出.与单一PC相比,硅阻燃PC可在更大程度上脱羧和脱水,这可能是由于述的PC异构化反应引起的,而这种异构化能加速PC的交联和成炭,这是极有助于阻燃的。
另外,硅阻燃PC也比单一PC更易发生Fries重排,这也能加速PC的交联和成炭。
再有,含有支链甲基苯基硅氧烷的PC在高温时,PC有可能与含苯基的硅氧烷反应,按下反应形成支链含羧基的结构。其实质是含硅基团进攻PC Fries重排生成的羟基,而形成能交联成炭的苯硅醚结构。
二、阻燃组分的表面富集
X射线光电子显微镜图片指出,含硅氧烷PC燃烧时,其中的硅氧烷能从PC内部迁移至表面,且很快于表面聚集,形成表面为聚硅氧烷富集层的高分子梯度材料。含硅PC一旦燃烧时,就会生成聚硅氧烷特有的、含-Si-O-键和(或)-Si-C-键的无机隔氧绝热保护层,这既阻止了燃烧分解产物外逸,又抑制了高分子材料的热分解,达到阻燃、低烟、低毒的目的。上述迁移是由于在高温下硅氧烷和PC的黏度及溶解度不同造成的,如硅系阻燃剂与PC相容性良好,则前者能均匀分散于基体树脂中,燃烧时(约
鉴于聚硅氧烷阻燃作用与其表而富集特性有关,所以聚硅氧烷阻燃剂与基体树脂的相容程度、聚硅氧烷的分子结构和分子量大小与被阻燃材料的阻燃性能十分有关。
近年发现,在燃烧条件下,在模塑试件表面梯度增加阻燃剂的浓度,可大大提高阻燃效果。按上述梯度增高方法在塑料中加入很少量的聚硅氡烷,且使后者在塑料燃烧条件下富集于塑料表面,可获得高的阻燃性。X射线光电子能谱( XPS)证明,这是由于模塑试件的表面聚硅氧烷浓度较高之故。
三、线型聚硅氧烷与支链型聚硅氧烷的比较
与线型的聚硅氧烷相比,支链的甲基苯基硅氧烷具有更高的热稳定性,这是因为后者中的芳基在高温下能转化为含硅的多环及稠环芳香族化合物,而这种化合物的阻燃性极佳。另外,支链的硅氧烷能防止PC发生unzipping式的解聚。
但也有人认为,作为PC的硅系阻燃剂,线型的聚硅氧烷可能比支链的聚硅氧烷更好,聚硅氧烷中的芳香族单元和支链结构对提高PC的阻燃性不十分紧要。实际上,有些线型聚硅氧烷对PC的阻燃效率优于支链化合物,其主要原因是在燃烧时,线型化合物在PC中的流动性较高,易在材料表面富集。此外,线型聚硅氧烷能赋予PC更高的冲击强度,不影响阻燃PC的回收性能,且PC不易水解,加工性也好。而对含支链化合物的PC,由于PC可能会与支链聚硅氧烷的很多链端反应而导致交联,致使这类阻燃PC回收困难。同时,过多的支链不利于PC的模塑加工。
同时含芳基及脂肪基的聚硅氧烷,比只含脂肪基的易溶于PC,在PC中更易分散,且由于可阻止胶凝也有助于它在聚合物中基材中分散良好。但一般而言,线型聚硅氧烷中的芳基含量是次要的。