聚烯烴阻燃劑的應(yīng)用研究

鞏玉紅 王曉

摘要：本文對(duì)聚烯烴阻燃劑的性能和應(yīng)用進(jìn)行了分析研究，并對(duì)其發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：聚烯烴阻燃劑;性能;應(yīng)用

聚烯烴作為一種高分子材料被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)、日用消費(fèi)行業(yè)等方方面面，在滿(mǎn)足其功能性需要的同時(shí)，由于聚烯烴基材易燃的特性，其阻燃安全性能也是必不可少的需要之一，且隨著各層次環(huán)保要求的逐漸提升，對(duì)聚烯烴材料阻燃劑的阻燃環(huán)保要求也越來(lái)越高。如歐盟的CE標(biāo)識(shí)，《日本消防法》，《中華人民共和國(guó)消防法》，《公共場(chǎng)所阻燃制品及組件燃燒性能要求和標(biāo)識(shí)》均對(duì)材料阻燃要求有著明確的規(guī)定，因此，安全環(huán)保阻燃劑的研究成為了熱點(diǎn)。

1阻燃劑性能分析

1.1鹵系阻燃劑

鹵系阻燃劑為目前全球產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣泛的阻燃劑，其具有添加量低以及阻燃效率高等優(yōu)點(diǎn)，在商業(yè)應(yīng)用中溴系阻燃劑用量更大、應(yīng)用也更廣泛。但鹵系阻燃劑尤其是含溴苯醚類(lèi)阻燃劑，在燃燒過(guò)程中生成溴化氫、二噁英、苯并呋喃等具有腐蝕性、刺激性以及致癌性的有毒物質(zhì)，嚴(yán)重地危害到自然環(huán)境與人類(lèi)健康。

1.2無(wú)機(jī)阻燃劑

無(wú)機(jī)阻燃劑在阻燃劑家族中具有非常重要的地位，由于其毒性、腐蝕性以及成本低廉且在燃燒時(shí)釋放的有毒氣體、煙霧較少，因此它是最早應(yīng)用于聚烯烴阻燃的阻燃劑之一，工業(yè)用量最大的是氫氧化鋁以及氫氧化鎂。但一般其添加量為50%～60%時(shí)，材料才具有良好的阻燃性能，存在著添加量大、阻燃效率低等缺點(diǎn)，且大量添加亦會(huì)對(duì)基材性能有明顯影響。常采用添加相容劑和超細(xì)化進(jìn)行表面改性及微膠囊化處理，或與其他阻燃劑復(fù)配改進(jìn)其缺陷。

1.3膨脹型阻燃劑

在無(wú)鹵阻燃體系中，阻燃效率最佳的是膨脹型阻燃劑。阻燃劑燃燒時(shí)通過(guò)物理或化學(xué)作用在基材表面形成一層隔熱、隔氧的炭層，從而通過(guò)隔熱、隔氧和阻止裂解產(chǎn)物揮發(fā)而產(chǎn)生阻燃作用，具有無(wú)鹵、燃燒時(shí)低煙低毒、無(wú)熔滴等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ木G色阻燃劑。

其中化學(xué)膨脹阻燃劑應(yīng)用較多。化學(xué)膨脹阻燃劑通常包括酸源（脫水劑）、炭源（成炭劑）和氣源（發(fā)泡劑）3個(gè)部分，各組分之間在燃燒時(shí)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成多孔性膨脹炭層，以達(dá)到阻燃目的。是各類(lèi)阻燃方案中最成熟高效的方案之一，該體系表現(xiàn)出更高的阻燃效率，其添加量在20%～30%，同時(shí)在極限氧指數(shù)，垂直燃燒測(cè)試都有優(yōu)異的效果。

1.4磷系阻燃劑

磷系阻燃劑可分為兩種：無(wú)機(jī)磷系阻燃劑和有機(jī)磷系阻燃劑。無(wú)機(jī)磷系阻燃劑主要有聚磷酸銨、紅磷和三聚氰胺鹽等，有機(jī)磷系主要有磷酸酯類(lèi)阻燃劑、磷腈類(lèi)和磷雜菲化合物等，而對(duì)于磷系阻燃劑來(lái)說(shuō)對(duì)其改性和復(fù)配阻燃是其工作的重點(diǎn)。

磷系阻燃劑的阻燃機(jī)理主要是凝聚相阻燃和氣相阻燃，具體過(guò)程是在材料燃燒時(shí)通過(guò)磷系化合物的熱分解，并且產(chǎn)生水氣、磷酸、偏磷酸等活性自由基，能夠有效降低燃燒周?chē)臏囟?，產(chǎn)生的水蒸氣或一些惰性氣體還能稀釋周?chē)闹己陀卸練怏w，產(chǎn)生的磷酸和偏磷酸能夠附著在材料的表面，起到阻隔的作用，同時(shí)還可以作為酸源來(lái)促進(jìn)成炭，活性游離基還能夠阻斷氣相中的燃燒鏈?zhǔn)椒磻?yīng)從而阻止燃燒。通過(guò)對(duì)紅磷進(jìn)行包覆的方法來(lái)制得微膠囊化紅磷和各種有機(jī)磷系阻燃劑用量可達(dá)20%以下，不同類(lèi)型不同處理復(fù)配方式添加量差異較大。

1.5有機(jī)硅系阻燃劑

有機(jī)硅不具有多碳結(jié)構(gòu)，不易成炭，在聚烯烴中單獨(dú)使用效果較差，通常需要與其它阻燃劑協(xié)同使用，才能滿(mǎn)足實(shí)際效果。有機(jī)硅系阻燃劑主要包括聚硅氧烷、倍半硅氧烷等，商品化的有機(jī)硅系多為國(guó)外產(chǎn)品。有機(jī)硅與膨脹型阻燃體系復(fù)配，阻燃體系熱穩(wěn)定性提高，燃燒時(shí)膨脹炭層抗氧化能力提高，熱釋放速率大幅度降低。

1.6生物基阻燃劑

由于現(xiàn)在對(duì)環(huán)境的保護(hù)和資源的可循環(huán)性的要求，生物基阻燃劑的可降解、無(wú)毒等綠色可循環(huán)的優(yōu)勢(shì)必將成為阻燃劑研究的熱點(diǎn)。有人通過(guò)開(kāi)環(huán)反應(yīng)，將不同的磷基團(tuán)引入植物油主鏈中制備出生物基阻燃劑，加入7.5% 的量就有很好的阻燃效果。

2阻燃劑發(fā)展趨勢(shì)

2.1多元化

對(duì)傳統(tǒng)阻燃劑改造處理。通過(guò)微膠囊技術(shù)，即指將物質(zhì)包裹于數(shù)微米至數(shù)百微米的微小容器中，從而起到保護(hù)和控制釋放等作用，目前將無(wú)機(jī)或有機(jī)的阻燃劑進(jìn)行微膠囊化的研究正處于阻燃劑新技術(shù)的熱點(diǎn)，并已從研制階段進(jìn)入實(shí)用階段。通過(guò)納米技術(shù)把無(wú)機(jī)阻燃劑或其他填充劑處理后填充到聚烯烴中，以改善其使用和阻燃性能。

化學(xué)合成新的阻燃劑?；瘜W(xué)合成新的成炭劑得到更好的膨脹性阻燃劑。反應(yīng)型阻燃劑主要通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制備新型阻燃聚合物或在現(xiàn)有聚合物的基礎(chǔ)上化學(xué)改性，即通過(guò)與鏈中或作為懸垂基團(tuán)的阻燃單元共聚、與大分子鏈接枝、交聯(lián)等方法實(shí)現(xiàn)，是一種能與聚合物永久結(jié)合的阻燃劑。所得聚合物不僅阻燃、耐高溫，還能改善加工性能，研究表明，即使將單位質(zhì)量的百分之幾加入到聚合物鏈中，也能明顯改善體系的阻燃性能。

各種阻燃劑的復(fù)配。一般講單一的阻燃劑效果都不理想，往往通過(guò)各阻燃劑復(fù)合使用，通過(guò)協(xié)同效應(yīng)取長(zhǎng)補(bǔ)短，達(dá)到及改善使用功能又提高阻燃效果的目的。對(duì)于阻燃劑的復(fù)配，優(yōu)勢(shì)明顯的是有機(jī)硅類(lèi)阻燃劑與其他阻燃劑的復(fù)配。有機(jī)硅與膨脹型阻燃劑的復(fù)配，傳統(tǒng)膨脹型阻燃劑都有吸潮的缺點(diǎn)，復(fù)配后在燃燒過(guò)程中形成了致密的膨脹炭層，隔氧隔熱，阻燃效果明顯。

2.2改進(jìn)加工工藝

為解決阻燃劑在加工過(guò)程中與聚合物基材發(fā)生反應(yīng)，或添加型阻燃劑在材料表面遷出，或阻燃劑在基體中的相容性、分散性差等導(dǎo)致材料阻燃性及綜合性能下降。近年來(lái)對(duì)增強(qiáng)膨脹阻燃體系所形成炭層的強(qiáng)度，特別是對(duì)炭層黏度和熔體強(qiáng)度的流變學(xué)特征研究，正逐步形成研究熱點(diǎn)。同時(shí)，對(duì)于炭層流變學(xué)特征的研究也有助于揭示粘度等參數(shù)對(duì)阻燃性能的影響。

3結(jié)束語(yǔ)

隨著高性能阻燃劑需求的不斷增加，阻燃性能和力學(xué)性能對(duì)于其應(yīng)用同樣重要，因此需要研究更高效率的阻燃劑來(lái)降低其在聚烯烴中的添加量，或研究阻燃劑不同結(jié)構(gòu)形式對(duì)聚烯烴性能的影響。聚烯烴的阻燃應(yīng)朝著具備高效、持久的阻燃性、良好的基材相容性以及環(huán)境友好性等方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 蔡坤鵬，黃淼銘，劉文濤等.無(wú)鹵阻燃劑合成及應(yīng)用研究進(jìn)展[J].工程塑料應(yīng)用，2021（1）：152-156.

[2] 李寶釵，李小科，陳國(guó)文等.有機(jī)硅阻燃劑在聚烯烴應(yīng)用中的研究進(jìn)展[J].高分子材料科學(xué)與工程，2020（9）：157-163.