聚丙烯PP阻燃劑材料發(fā)展分析
- 發(fā)布時間：2019-05-15 05-15 10:33 作者：康阜新材料
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聚丙烯(PP)是三大通用塑料之一,具有生產(chǎn)成本低、綜合力學(xué)性能好、無毒、質(zhì)輕、耐腐蝕、電氣性能好、易加工、易回收等諸多優(yōu)點,被廣泛地應(yīng)用于化工、化纖、建筑、輕工、包裝等領(lǐng)域。隨著市場需求的增加,全球PP的生產(chǎn)能力也不斷提高,2004年為4.13 Mt,2005年為4.80 Mt,預(yù)計未來幾年,還將以每年5.9%的速度增長,到2010年可達(dá)到6.10 Mt。近年來,隨著聚丙烯聚合技術(shù)的不斷發(fā)展,聚丙烯材料的力學(xué)性能、光潔性等都得到了很大提高,可與部分工程塑料相媲美,從而被更廣泛地應(yīng)用于家電、汽車、民用建筑等行業(yè)。但由于聚丙烯屬易燃材料,隨著其應(yīng)用范圍的擴(kuò)大、用量的增量,火災(zāi)隱患也越來越多,為了避免災(zāi)害的發(fā)生,保證人民生命財產(chǎn)的安全,賦予聚丙烯材料阻燃性能是十分重要和必要的,這也是目前有關(guān)聚丙烯阻燃研究十分活躍的重要原因之一。
聚丙烯阻燃劑的發(fā)展
傳統(tǒng)的聚丙烯阻燃改性方法是添加含鹵阻燃劑(如,十溴聯(lián)苯醚、六溴環(huán)十二烷、八溴醚等),但添加含鹵阻燃劑制成的阻燃PP,在燃燒發(fā)揮效能的同時,會釋放出污染環(huán)境、危害人體健康的煙和腐蝕性氣體,這些腐蝕性氣體對建筑物及設(shè)備的破壞甚至超過火災(zāi)本身,更嚴(yán)重的是某些溴系阻燃劑燃燒或熱裂時,會形成有毒的致癌物多溴代二苯并二噁烷及多溴代二苯并呋喃。因此,現(xiàn)在有不少阻燃劑用戶對鹵系阻燃劑持審慎甚至不歡迎的態(tài)度,并積極致力于無鹵阻燃劑的開發(fā),特別是在電子電器行業(yè)內(nèi),無鹵阻燃改性PP成為近年來研究和開發(fā)的熱點。
無鹵阻燃劑有金屬氫氧化物、磷系阻燃劑、有機(jī)硅系阻燃劑等。金屬氫氧化物具有無毒、無腐蝕、不產(chǎn)生有毒氣體等優(yōu)點,因而被稱為綠色環(huán)保型阻燃劑,但其添加量通常在50%以上才能達(dá)到較好的阻燃效果,而高填充量將嚴(yán)重影響材料的物理機(jī)械性能;磷系阻燃劑主要用于含氧高聚物,磷系阻燃劑中的紅磷由于顏色較重,不適合應(yīng)用于對顏色要求較高的產(chǎn)品中,所以,有較大的局限性;有機(jī)硅系阻燃劑由于價格太高也未得到廣泛使用。所以開發(fā)新的無鹵阻燃體系成為阻燃領(lǐng)域的一大課題。
近年來,人們對膨脹型阻燃劑研究得較多。它是以PVC為主要核心成分的復(fù)合阻燃劑,可用于多種易燃聚合物。添加膨脹型阻燃劑的聚合物燃燒時,會在表面形成一層均勻的炭質(zhì)泡沫層,此炭層在凝聚相能起到隔熱、隔氧、抑煙和防熔滴的作用,而且無鹵、低煙、低毒、無腐蝕性氣體,對PP力學(xué)性能和加工性能的影響也較少小,基本上克服了傳統(tǒng)阻燃劑技術(shù)中存在的缺點,備受國內(nèi)外專家學(xué)者的關(guān)注,也被公認(rèn)為是實現(xiàn)阻燃劑無鹵化很有希望的途徑之一。
聚丙烯阻燃劑的作用機(jī)理
聚丙烯的燃燒分為3個過程:遇氧分解產(chǎn)生可燃?xì)怏w、可燃?xì)怏w燃燒、熱反饋以維持燃燒繼續(xù)。破壞該循環(huán)的任一或數(shù)個階段,就可以使得燃燒自動停止。因此,聚丙烯的阻燃途徑有3種:一是利用阻燃劑對聚合物分解出的可燃?xì)怏w產(chǎn)物的燃燒或火焰起阻止作用,由于阻燃是在氣相中發(fā)生作用,稱為氣相阻燃;二是利用阻燃劑來阻止有機(jī)聚合物的熱分解釋放可燃?xì)怏w,因為是對高聚物凝聚相發(fā)生作用,稱為凝聚相阻燃;三是利用阻燃劑阻止部分燃燒熱返回聚合物的熱反饋,稱為中斷熱交換阻燃機(jī)理。
PP阻燃劑的添加主要通過兩種途徑來實現(xiàn):一是通過機(jī)械混合的方法將添加型阻燃劑加入PP中,這是目前制備阻燃PP的主要方法;二是將反應(yīng)型阻燃劑接枝到PP的主鏈或側(cè)鏈上,如,采用原位反應(yīng)增容法將非鹵阻燃劑反應(yīng)性單體引入到PP大分子骨架上,用此法制得的非鹵阻燃PP中,反應(yīng)性單體起到了偶聯(lián)劑的作用,顯著提高了阻燃劑與PP的相容性,不同的反應(yīng)單體增容效果不同,雙單體體系比單一單體體系具有更好的相容性。
聚丙烯阻燃劑的發(fā)展方向
隨著高聚物材料阻燃化處理技術(shù)的不斷發(fā)展,對阻燃劑綜合性能的要求也越來越高,既要達(dá)到規(guī)定的阻燃級別,還要有良好的物理力學(xué)性能、耐腐蝕性、低煙性、無毒性及熱穩(wěn)定性等。聚丙烯阻燃劑材料的發(fā)展方向大致概括為:阻燃效率高,可賦予聚烯烴良好的難燃性;與聚烯烴的相容性好,可較好地分散在聚烯烴中形成均相體系;在聚烯烴的加工溫度下不分解;不降低聚烯烴的力學(xué)性能、電性能、耐候性等;耐久性好,能長期保留在聚烯烴制品中發(fā)揮阻燃作用;安全環(huán)保,無毒、無臭、無污染,在阻燃過程中不產(chǎn)生有毒氣體?？傊?聚丙烯阻燃劑材料正向高效、低煙、低毒、低成本的方向發(fā)展,特別是無鹵、低煙、低毒的膨脹型阻燃劑、有機(jī)硅系阻燃劑以及納米阻燃劑的開發(fā)與應(yīng)用將成為聚丙烯阻燃劑最活躍的研究領(lǐng)域。
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