無鹵阻燃改性PP、EVA、TPE的阻燃機理及配方中常見的問題簡析

發(fā)布時間：2020-11-26 11-26 10:29 作者：

前言：

    目前無鹵阻燃改性PP、EVA、TPE等材料所用的無鹵阻燃劑大多數(shù)是磷氮體系膨脹型阻燃劑。P-N體系膨脹型阻燃劑的阻燃機理基本類似，但是不同的酸源，不同的氣源，以及不同的炭源，對材料的阻燃性能及其他物性影響也比較大。下面就簡單介紹一下P-N體系膨脹型阻燃劑的阻燃機理及常見問題。

一、P-N體系膨脹型阻燃劑的阻燃機理一般包括三部分：

炭源（成炭劑），提供酯化反應(yīng)所需的羥基或者其它基團的物質(zhì)(常為多羥基化合物，如季戊四醇)；

酸源（脫水劑），提供酯化反應(yīng)所需的酸(常為含磷化合物，如二乙基次膦酸鋁ADP)；

及氣源（發(fā)泡劑），提供體系膨脹發(fā)泡所需要的氣體(常為含氮化合物，如三聚氰胺及其鹽)。

二、它們是通過下述相互作用而形成炭層的：

1、在較低溫度下(150℃左右,具體溫度取決于酸源和其他組分的性質(zhì))，酸源會產(chǎn)生能酯化多元醇和可作為脫水劑的酸；

2、在稍高于釋放酸的溫度下，酸與多元醇(即碳源)進行酯化反應(yīng)，而體系中的胺則作為此酯化反應(yīng)的催化劑，加速反應(yīng)進行；

3、體系在酯化反應(yīng)前或酯化反應(yīng)過程中熔化；

4、反應(yīng)過程中產(chǎn)生的水蒸汽和氣源產(chǎn)生的不燃性氣體使已處于溶融狀態(tài)的體系膨脹發(fā)泡。與此同時，多元醇和酯脫水炭化，形成無機物及炭殘余物，且體系進一步膨脹發(fā)泡；

5、反應(yīng)接近完成時，體系膠化和固化，最后形成多孔泡沫炭層。

    

 圖1：P-N體系阻燃劑在TPE中的阻燃機理

三、為什么某些P-N體系阻燃劑擠出過水槽的時候條子容易粘水？

    條子容易粘水是由于阻燃劑的部分組份水溶性比較好，通過螺桿機出口的時候，溫度比較高的條子接觸到冷水槽，粉體容易析出，所以阻燃劑里面成份必須是難溶水的。次磷酸鋁及聚磷酸胺APP類比較容易發(fā)生水溶現(xiàn)象，而二乙基次膦酸鋁則不會出現(xiàn)上述條子粘水現(xiàn)象。

四、為什么不同的PP加入相同的份數(shù)阻燃劑存在阻燃效率的差異？

由于PP基體的不同，如均聚PP和共聚PP，其內(nèi)部烯烴含量不同。這是因為共聚PP里面有PE側(cè)鏈，PP中的H原子比PE中的活性大；PP比PE燃燒熱小，與阻燃劑一開始共同起作用，PE分解溫度高，后面才起作用；PP基材分解溫度在227-247度之間，而PE在335-450度之間，常用的阻燃劑分解溫度在260度，PP與阻燃劑匹配性更好。

  五、P-N體系膨脹型無鹵阻燃劑用于玻纖PP為什么效果會變差？

    一般來說隨PP量的減少，阻燃劑量的增加，材料的阻燃效果會越來越好，為什么在玻纖里面PP相對減少（加入了玻纖），阻燃劑份數(shù)不變，而阻燃會變差了甚至不阻燃，這主要是由于玻纖的加入破壞了P-N膨脹體系的阻燃機制，玻纖分布于塑料的各個地方，對于炭層的閉合有大大的破壞作用，以至于不能隔絕氧氣而達到阻燃的效果。

六、P-N體系膨脹型無鹵阻燃劑加入填料或其它物質(zhì)后為什么會失去阻燃效果？

不少人為了降低成本，在P-N體系膨脹型無鹵阻燃劑中加入一些填料，如碳酸鈣、硫酸鋇、滑石粉、氫氧化鎂等，發(fā)現(xiàn)會失去阻燃效果。是因為上述填料的加入，改變了酯化反應(yīng)過程，酸源會部分的與上述填料反應(yīng)，并且上述的填料在材料的表面破壞了炭層的形成，導(dǎo)致了機制的失效。

同樣道理，加入某些炭黑、色粉也會導(dǎo)致阻燃效果失去。所以一些回收PP料可能是部分填充PP回收的，加入到新料中，導(dǎo)致這個體系變相加入了上述提到的填充，使這個體系失去了阻燃效果。

  七、為什么一些用P-N體系阻燃劑生產(chǎn)的PP放置一段時間后（幾十天），表面有油狀物或者粉狀物析出？

如同我們提到的阻燃劑組成由碳源、酸源和氣源組成，造成有物質(zhì)析出肯定是上述的一種或者幾種物質(zhì)水溶性比較好，與塑料的相容性變差，在加工的時候，材料與上述粉體依靠螺桿機的強烈機械作用力分散開來，而放置一段時間后，由于分子間不斷運動，極性不同的物質(zhì)慢慢就會分開，上述粉體慢慢的從材料的內(nèi)部析出到表面。而二乙基次膦酸鋁含有有機基團，與有機樹脂相容性很好，不會發(fā)生析出。

  圖2：阻燃劑析出和鼓泡現(xiàn)象

  八、為什么某些P-N體系阻燃劑在PP加工時會出現(xiàn)發(fā)泡或者顏色變灰的情況？

任何阻燃劑都有其起始分解溫度，如果阻燃劑本身的分解溫度僅僅與材料的溶化溫度接近的話，很容易出現(xiàn)上述情況。所以一般來說，阻燃劑的起始分解溫度至少要比材料塑化加工的溫度要高50度以上，這樣才能保證加工的順利進行。

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