1 无卤阻燃剂的种类及应用
1.1磷系阻燃剂
1.1.1红磷
无机磷系阻燃剂由于阻燃效果持久、热稳定性好、不挥发、无卤等优点而受到用户欢迎。其中最重要的品种是红磷(特别是微胶囊化红磷)系列,由于其阻燃性强、 无腐蚀性、易分散及价格低廉等优点,在工程塑料中的应用领域正逐渐扩大。近年来,国外学者对红磷表面包覆处理进行了大量的研究工作,推出了不少经过处理的 红磷阻燃剂品种[3,4]。微胶囊化红磷是尼龙很有效的阻燃剂,即使用量很低也有很好的效果,红磷阻燃尼龙的氧指数几乎与阻燃剂中红磷含量的平方根成正 比。在尼龙66中添加小于10%的红磷就能很好地解决材料的阻燃性和耐漏电性的矛盾[6,7]。Levchik等[9]研究了红磷与其它阻燃剂在尼龙6中 的协同阻燃作用。国内熊政治[9]将微胶囊红磷以不同的高分子树脂为载体,经混合、挤出造粒制成红磷阻燃母料,并已建成年产30t的生产线,有效控制了红 磷生产和应用过程中的粉尘危险,该产品具有成本低、添加量小、操作方便、与树脂相容性好、对物理力学性能影响小、电性能好等优点,除用于阻燃增强尼龙6、 尼龙66以外,还用于聚对苯二甲酸丁二醋及乙二酯等热塑性工程塑料中。
1.1.2聚磷酸铵(APP)
聚磷酸铵(APP):属于无机磷系阻燃剂,广泛应用于聚酰胺的阻燃,它可以促进PA表面膨胀炭层的形成,产生阻燃效果。但由于形成的炭层有流动 趋势,导致炭层下面的基材暴露于火焰下,增大了燃烧的危险性。加入滑石粉(Talc)后,APP/Talc体系共同作用,阻燃效果大增。在PA6中当 APP含量30%APP/Talc=6:1时,LOI从25上升至42;当App/Talc=2:1时可达到UL94V-0级标准。L.Cost等人对 PA/APP!PA/APP/Talc等系统的相互作用方式[10]作了深入的研究。
APP/Talc与PA的作用方式:在燃烧状态下APP降解得到交联过磷酸,形成一玻璃层,进而又降解形成稳定的含磷、氮、氧化合物的碳层,这一粘性成碳 物质被释放出来的气体发泡、膨胀,为PA提供了热屏蔽。它的效果随着APP的增加而增大,当AP含量为30%左右时,可获得较好的阻燃效果。滑石粉 (3MgO&S226;4SiO&S226;2H2O)为无机抗滴落剂,不影响APP与PA间的相互作用,不抑制碳层的形成,且在 350℃
2 阻燃途径
聚酰胺的阻燃主要通过2种途径实现:
(1)使用添加型阻燃剂,即通过机械混合方法,将阻燃剂加入到聚酰胺中,使其获得阻燃性。如将一定配比的APP/talc加入PA6中,可获得 UL94V-0级阻燃PA6,其优点是使用方便,适用面广,但对聚合物的使用性能有较大影响。可用于聚酰胺的主要添加型阻燃剂有双(六氯环戊二烯)环辛 烷、多磷酸铵、十溴二苯醚等。使用添加型阻燃剂是目前聚酰胺阻燃的主要方法。据粗略估计,2003年全球阻燃剂总用量已达120万t/a以上,其中85% 为添加型阻燃剂,15%为反应型阻燃剂。
(2)使用反应型阻燃剂,即阻燃剂是作为一种反应单体参加反应,并结合到聚酰胺的主链或侧链上去,使聚酰胺本身含有阻燃成分。其特点是稳定性好,毒性小, 对材料的使用性能影响小,阻燃性持久,是一种较为理想的方法。但操作和加工工艺复杂,成本也比较高, 在实际应用中不及添加型阻燃方法普遍。用于聚酰胺的反应型阻燃剂有双(羟乙基)甲基氧膦、1,3,6三(4,6-二氨-2-硫基三嗪)己烷和三聚氰酸的混合物等。