高分子材料PP和PET阻燃性能分析

發布時間:2014-08-18 來源: 環球塑化網 專題: 行業分析報告 打印

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  高分子材料因其質量輕、易于加工合成等優良勝能逐漸被應用到建筑、電子電器、醫藥、運輸等生活的各個領域中,因其極限燃燒氧指數小于21,為可燃性材料,加大了火災的潛在發生率,因此阻燃高分子材料的研究逐漸成為國內外眾多研究機構以及研究學者研究的熱點。積極研究和開發新的高分子阻燃材料,對降低火災發生率、保障人身安全具有重大的意義。

高分子材料PP和PET阻燃性能分析

  1 阻燃劑

  目前,阻燃高分子材料的制備主要通過使用相關阻燃劑賦予高分子材料阻燃性能這一方式。目前,超過85%的阻燃劑為添加式阻燃劑,僅有小于巧%的比例采用反應型添加劑。高分子材料能否具備較強的阻燃性能主要取決于阻燃劑的選取。因此,阻燃劑的性能對于高分子材料的應用具有重大的意義。

  常用的阻燃劑系列:用于高分子材料阻燃改性的阻燃劑可按阻燃元素種類劃分為有機磷系、鹵系、氮系、硅系、銻系、鋁及鹵一磷系、磷鎂系、無機磷系、硼系、鋁系、錫系等。前為_類均屬于有機阻燃劑,后幾類屬無機類。近年來,出現了一類新的“膨脹型阻燃劑”,它們多屬于磷一氮化合物或混合物。

  阻燃機理:聚合物大多由碳、氫元素組成,高分子在空氣中燃燒,發生激烈的氧化反應,產生大量的經基,經基和高分子化合物反應,生成碳氫化合物和水,在氧化劑的存在下,碳氫化合物發生裂解,產生大量的經基,如此循環往復,產生大量的可燃性氣體。因此,阻燃劑阻燃的本質就是降低經基游離基的濃度或者是終止氧化劑的供給。因此,阻隔氧氣、熱量以及可燃物的接觸,即可達到阻燃的目的。阻燃劑的阻燃機理可按照物質相態劃分為以下三種:氣相阻燃機理、凝聚相阻燃機理和中斷熱交換機理。其中,中斷熱交換機理是指將燃燒產生的部分熱量帶走,從而降低其反應溫度,使得聚合物難以繼續分解,導致不能持續產生可燃性氣體,達到阻止燃燒的目的。

  2聚丙烯阻燃

  聚內烯是一種常見的大品種高分子材料,具有低密度、高耐水、抗腐蝕、易于加工、成本低廉等一系列優良性能,現己被廣泛應用在建筑、電子電器、交通、醫藥、包裝等領域。但是,由于聚內烯的氧指數為18.5,低于空氣中的氧氣濃度21%,屬于可燃性塑料,容易出現受熱熔滴和著火現象。聚內烯的阻燃主要采用鹵系阻燃劑和三氧化二銻復合阻燃劑,但是這類阻燃劑在燃燒時會放出大量的黑煙、有毒氣體和腐蝕性煙霧,造成嚴重的環境污染。因此,近年來常用的PP阻燃劑為膨脹型阻燃體系。

  2.1鹵系阻燃劑

  1970年,澳系阻燃劑的發展進人黃金階段。鹵系阻燃劑的阻燃機理可概括為以下過程:由于加人的澳化物中C- Br共價鍵的鍵能較低,使得絕大部分阻燃劑在300攝氏度以下的溫度就會發生分解,而這個溫度范圍也是聚內烯的分解范圍,因此在聚內烯發生分解時,鹵系阻燃劑可以在發生分解的同時捕捉聚合物降解產生的各種自由基,從而阻斷燃燒的鏈反應。鹵系阻燃劑在燃燒的過程中,可以釋放大量的高密度的難燃氣體HBr,覆蓋在高分子材料的表面,阻止可燃氣體的燃燒。這種阻燃劑也可以和其它化合物,如三氧化二銻同時使用,使得阻燃效果更加顯著。但是,在鹵系阻燃劑使用過程中存在的最大間題是鹵系阻燃劑的添加降低了高分子材料的抗紫外線穩定性,燃燒過程中產生大量的黑色煙霧及腐蝕性氣體,不符合綠色環保的要求,使得其應用性受到限制。

  2.2磷系阻燃劑

  磷系阻燃劑起阻燃作用的本質是促進高聚物在受熱分解初期發生脫水作用而碳化,這一過程的實現必須依附于高聚物本身含有大量的含氧官能團,對于聚內烯這種本身化學結構中并不含有含氧基團的高分子,單獨采用磷系阻燃劑阻燃并不能達到理想的效果,如果將磷系阻燃劑與Al COH},和Mg OOH)協同作用便可達到良好的阻燃效果。該種阻燃劑的主要優點是阻燃效率高、對聚合物本身的光穩定性影響較小,產生的腐蝕性氣體較少。但是這類阻燃劑同樣具有易揮發、耐熱性差、相容性差等缺點,影響了其廣泛應用。

  2.3膨脹型阻燃劑

  針對上述阻燃劑在應用過程中顯示出來的致命缺點,目前應用最廣泛的兩種膨脹型阻燃劑是APP和MPPo APP可以單獨添加到聚內烯中,它不僅能夠增加阻燃劑的相容性和分散性,同時也可以使LOI隨著APP濃度的增加得到大幅提高,從根本上解決了聚內烯的易燃間題。與此同時我們可以在APP阻燃體系的基礎上,通過添加氣源物質、含過渡金屬的化合物與IFR、含氮、含硅的化合物發揮協同作用,提高阻燃效果。目前,相關學者采用MPP與APP聯合阻燃聚合物,實驗結果證明APP與MPP聯用較MPP單用具有更好的阻燃效果和更高的分解溫度,二者主要通過增加碳層產生壁壘效應發揮阻燃性能。

高分子材料PP和PET阻燃性能分析

 

  3聚對苯二甲酸乙二醇}}(PET)阻燃

  PET,是聚對苯二甲酸乙二醇醋的簡稱,又名滌綸,是由對苯二甲酸(TPA)和乙二醇(EG)發生縮聚反應的產物。目前PET材料主要被廣泛應用于電子電氣、汽車及儀器儀表等工業,而上述行業對配件的安全性能尤其是其阻燃性能具有很高的要求,因此研究開發PET阻燃劑成為阻燃高分子材料研究領域的重心。與大多數高分子聚合物一樣,常用的PET阻燃劑主要包括添加型阻燃劑和反應型(結構型)阻燃劑。其中,在工業應用中,因添加型阻燃劑具有費用低、制備簡單、相容性強等應用而被廣泛應用。但是,反應型阻燃劑同樣具有永久性、低毒性、對高分子聚合物影響小等優點。

  3.1添加型阻燃劑阻燃PE

  添加型阻燃劑主要以物理方式分散于PET中,從而賦予PET材料阻燃性,這一過程主要通過將阻燃劑與高分子聚合物按照一定的配制方式混合在一起來實現。目前用于PET阻燃的添加型阻燃劑主要有鹵系(澳系和氯系)、磷系阻燃劑兩類。鹵系阻燃劑,主要是澳系阻燃劑,其阻燃機理主要是澳系阻燃劑具有和高聚物大致相當的分解溫度,可以在高聚物分解的同時對氣相和固相同時起到阻燃效果。磷系阻燃劑來源豐富、種類多,除了具備較強的阻燃效果外,還具備潤滑、增加塑性的功能。

  3.2反應型阻燃劑阻燃PE

  與添加型阻燃劑不同,反應型阻燃劑作為化學反應的一種反應物,在化學反應過程中的作用是參與高聚物的合成,作為高聚物分子鏈上的一個環節而存在,表現出很高的阻燃性能。實驗結果證明,如果反應型阻燃劑中含有磷二元醇或三元醇等物質,可以用于生產阻燃PET,但是其在工業領域并未得到廣泛應用,主要原因是由于其含磷量低、穩定性差以及合成時易發生齊聚化。

  4結語

  自從18世紀以來,Wyld發表了第一篇關于阻燃劑的專利以來,高分子阻燃技術得到了快速的發展。目前已有大量的PP和PET阻燃劑得到了工業化生產和應用,這在一定程度上解決了高分子材料易燃的缺陷。PP和PET阻燃劑的廣泛應用,極大地促進了高分子材料在各個領域的應用。但是,現有的PP和PET阻燃劑在應用過程中仍然存在產生大量有毒氣體或影響高分子力學性能等一系列間題。隨著人們安全意識以及環保意識的提高,對PP和PET阻燃劑性能的要求也大幅提高,這對PP和PPT阻燃技術的發展也提出了嚴峻的挑戰。


 

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