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无机阻燃剂
日期:[2018/2/26 9:25:13]   文章录入:www.zbnuoda.com   共阅[1786]次
  (一)氢氧化铝(Al(OH)3)
  氢氧化铝又名三水合铝,三水合氧化铝,简称ATH,分子式Al(OH)3。用于阻燃用的氢氧化铝一般是α晶型,因此也可表示为α-Al(OH)3。氢氧化铝开始分解的温度为220℃。在220---230℃时,α-Al(OH)3部分失水;在530℃左右,进一步分解转化为γ-Al2O3整个过程要吸收大量的热量。
  单独使用氢氧化铝,添加量需要在60PHR以上,这必然要影响到树脂的加工性能和物理性能,为了克服上述缺点,对氢氧化铝进行超细化处理并用偶联剂进行表面改性。目前氢氧化铝的改性主要集中在粒度分布的控制、偶联剂的表面处理上。使用的偶联剂有硅烷、钛酸酯等。此外也可以采用硬酯酸锌、硬酯酸钠进行表面处理。为了改善氢氧化铝的阻燃性能,提高其耐热性、消烟性、耐湿性、与被阻燃基材的兼容性及电绝缘性等,可使粒径细微化和超细微化,控制合理的颗粒分布,降低氢氧化铝中的Na+含量等。
  氢氧化铝与卤锑、硼酸锌、红磷等多种阻燃剂有协同作用。单独使用氢氧化铝添加量需要在60%以上时才能达到较好的阻燃效果。氢氧化铝用于PVC软制品和半硬制品时,通常与氧化锑、硼酸锌并用,不但可以提高阻燃性还可以抑制烟雾的产生。氢氧化铝用于PP、PE时,一般与红磷、季戊四醇、聚磷酸胺等组成膨胀型阻燃体系。
  (二)氢氧化镁
  氢氧化镁与氢氧化铝有许多相似之处,同样具有无烟、无毒、无腐蚀等优点。氢氧化镁为白色粉未,分子式为Mg(OH)2,体积电阻108--1010Ω。分解温度为340℃,更适合于某些需要加工温度较高的聚合物。 在部分情况下,高填充的氢氧化镁和氢氧化铝对氧指数的提高也许会有帮助,但无助于水平燃烧性能(如UL94)的提高。氢氧化镁具有优异的抑制HCl生成的能力,这方面远远优于CaCO3和氢氧化铝。
  (三)红磷和包覆红磷
  红磷和聚磷酸铵是磷系阻燃剂中具有独特性能的两种阻燃剂。随着近年来膨胀型阻燃剂的发展,聚磷酸铵已成为其中不可或缺的重要组分。而红磷由于其优异的阻燃、低毒性能和与多种阻燃剂的协同作用,成为非卤阻燃剂中的重要品种。红磷由于仅含有磷元素,因此比其它磷系阻燃剂阻燃效率高、添加量低,较少降低材料的力学性能。红磷做为阻燃剂缺点也较突出:1.红磷在空气中很容易吸收水分,生成磷酸、亚磷酸等物质,因此红磷在聚合物中经过较长时间后,制品表面的红磷吸潮氧化,使制品表面被腐蚀而失去光泽和原有的性能,并慢慢向内层深化,尤其对电子组件有绝缘性能影响更大。2.红磷与树脂兼容性差,不仅难以分散,而且会出现离析沉降,使树脂的黏度上升,给树脂的操作带来困难,导致性能下降。3.红磷长期与空气接触的过程中,除生成各种酸外,并会释放出有剧毒的PH3气体。4.红磷易为冲击所引燃,干燥的红磷粉尘有燃烧及爆炸危险。5.红磷的紫红色易使被阻燃物着色。
  为了克服以上缺点,将红磷用有机物或者无机物包覆起来,为包覆红磷。红磷包覆按照包覆的材料分为三种,无机包覆、有机包覆、有机-无机复合包覆。无机包覆法是以无机材料为包覆材料的方法。例如以氢氧化铝包覆时,可将红磷悬浮于含硫酸铝的水溶液中,再加入氢氧化钠调节溶液的PH值,以生成氢氧化铝沉淀在红磷表面并形成均一而致密的保护层。无机包覆红磷在着火点、吸湿性和PH3发生量等方面都得到了不同程度的改善,但仍与树脂兼容性差,着火点不够高,仍产生一定量的PH3,无机包覆材料还可以是氢氧化镁、氢氧化锌等。有机包覆法是以有机物包覆红磷,目前多采用热固性树脂,如环氧树脂进行包覆。有机-无机复合包覆是指先包覆一层无机物,再包覆一层有机物。包覆红磷对制品的物理、机械性能影响小,赋予被阻燃材料较好的抗冲击性能,改善了与树脂的兼容性;同时包覆红磷的热稳定性好,可用于某些需要高温加工成型搞聚物制品,且低烟低毒,与树脂混合时不放出PH3,也不易被冲击引燃,粉尘爆炸危险性大为减少;此外包覆红磷在耐候性、电气性能、稳定性等方面也有较好表现。
  除包覆外,铝锌也能降低红磷氧化速度。金属氢氧化物是红磷氧化的抑制剂,因此红磷中常常加入氢氧化铝以使红磷稳定化。红磷的阻燃效果与被阻燃物有关。例如红磷阻燃非含氧聚合物HDPE的氧指数与红磷的用量成正比,而阻燃含氧聚合物PET的氧指数与红磷用量的平方根成反比。红磷在聚合筘的用量有一极限值,通常在8%-10%之间,用量再高可能引起阻燃性能的下降。红磷虽然有较高的阻燃效率,但单独使用红磷很难达到阻燃要求,所以通常与其它阻燃剂配合使用。聚铣胺是红磷阻燃的主要对象之一。
  (四)聚磷酸胺(APP)
  聚磷酸胺通常简称APP,其通式为(NH4)n+2PnOn+1,当n足够大时,可写为(NH4PO3)n,当n=10—20时,为短链APP,相对分子量约1000—2000;当n>20时,称长链APP,相对分子量在2000以上。APP为白色粉未,接近中性,短链APP具有水溶性,长链APP难溶于水,溶解度随温度升高而很快增高。APP的吸湿性随聚合度增加而降低。APP热稳定性良好,热分解温度通常在250℃,分解时释放出氨和水并生成磷酸。
  尽管APP的热分解温度高于大部分热塑性树脂的加工温度,常规品种在实际使用过程中往往不能满足要求,这与其粒度和小量分解生成物磷酸有关。因此用于热塑性塑料的品种大多是包覆改性的品种。
  (五)氧化锑(Sb2O3)
  锑系阻燃剂是最重要的无机阻燃剂之一,单独使用时作用小,但与卤系阻燃剂并用可大大提高卤系阻燃剂的效能。锑系阻燃剂的主要品种三氧化二锑(Sb2O3)、胶体五氧化二锑及锑酸钠。 通常所说的氧化锑一般是指Sb2O3。 三氧化二锑(Sb2O3) 分子量为291。60,理论锑含量83。54%。三氧化二锑为白色结晶,受热时显黄色。为了降低三氧化二锑的成本,可将三氧化二锑/二氧化硅=50/50混合。
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