1 無機(jī)阻燃劑諸如Ａｌ(ＯＨ)3、Ｍｇ(ＯＨ)2、硼酸鋅及無機(jī)磷化合物等,很多無機(jī)阻燃劑是填料型的,它們?cè)跇渲械奶砑恿看?因而對(duì)加工工藝及最后產(chǎn)品的性能有較嚴(yán)重的影響。90年代,改進(jìn)無機(jī)阻燃劑性能的努力集中于下述4個(gè)方面:(1)粒徑超微細(xì)化和粒度分布合理化;(2)表面處理;(3)少塵或無塵化;(4)微膠囊化。無機(jī)阻燃劑的阻燃機(jī)理.
1.1 Ａｌ(ＯＨ)3、Ｍｇ(ＯＨ)2阻燃劑的阻燃機(jī)理Ａｌ(ＯＨ)3阻燃劑簡(jiǎn)稱ＡＴＨ,其用量占無機(jī)阻燃劑的80%以上,它具有阻燃、消煙、填充三個(gè)功能,不揮發(fā)、無毒、腐蝕小、價(jià)格低,被譽(yù)為無公害阻燃劑。Ｍｇ(ＯＨ)2阻燃劑也具有以上的特點(diǎn),且Ｍｇ(ＯＨ)2比Ａｌ(ＯＨ)3軟,在混煉、成型加工中對(duì)設(shè)備磨損較少,Ｍｇ(ＯＨ)2的熱分解溫度較高,在混煉和成型加工溫度下,不致產(chǎn)生熱分解而影響產(chǎn)品質(zhì)量。Ａｌ(ＯＨ)3、Ｍｇ(ＯＨ)2阻燃機(jī)理被認(rèn)為是以下幾種機(jī)理協(xié)同作用的結(jié)果。Ａｌ(ＯＨ)3、Ｍｇ(ＯＨ)2作為填充劑,使可燃性高聚物的濃度下降;在300℃以上脫水吸熱,抑制高聚物的溫度升高;Ａｌ(ＯＨ)3、Ｍｇ(ＯＨ)2脫水放出的水汽稀釋可燃性氣體和氧氣的濃度,可阻止燃燒;Ａｌ(ＯＨ)3、Ｍｇ(ＯＨ)2脫水后在可燃物表面生成金屬氧化物保護(hù)層,起隔離作用,阻止其繼續(xù)燃燒。
1.2 氧化銻阻燃劑的阻燃增效作用經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),氧化銻本身阻燃效果并不很好,但是與鹵類阻燃劑并用有很大的阻燃增效作用,這是因?yàn)槿紵龝r(shí)生成ＳｂＣｌ3、ＳｂＢｒ3等鹵化銻的比重很大,高聚物表面起覆蓋效應(yīng),并在氣態(tài)時(shí)有捕捉自由基的作用。
1.3 紅磷的阻燃增效作用紅磷單獨(dú)使用時(shí)其阻燃效果不理想,但是當(dāng)與Ａｌ(ＯＨ)3、Ｍｇ(ＯＨ)2阻燃劑并用時(shí),具有顯著的阻燃增效作用,添加少量紅磷可使氧指數(shù)大幅度提高,這是因?yàn)槿紵龝r(shí),紅磷具有強(qiáng)烈的脫水作用,促使Ａｌ(ＯＨ)3、Ｍｇ(ＯＨ)2脫水結(jié)晶吸熱,使阻燃體系的阻燃效果增大。
2 有機(jī)硅系阻燃劑有機(jī)硅系阻燃劑是一種新型無鹵阻燃劑[5],也是一種成炭型抑煙劑,它在賦予高聚物優(yōu)異阻燃抑煙型的同時(shí),還能改善材料的加工性能及提高材料的機(jī)械強(qiáng)度,特別是低溫沖擊強(qiáng)度。目前已提供市場(chǎng)的有機(jī)硅系阻燃劑是美國(guó)通用電器公司生產(chǎn)的ＳＦＲ100,它是一種透明、粘稠的硅酮聚合物,可與多種協(xié)同劑(硬脂酸鹽、多磷酸胺與季戊四醇混合物、氫氧化鋁等)并用,已用于阻燃聚烯烴,低用量即可滿足一般阻燃要求,高用量可賦予基材優(yōu)異的阻燃性和抑煙性。含10%ＳＦＲ100的聚烯烴可在阻燃性、流動(dòng)性及機(jī)械性能間實(shí)現(xiàn)最佳平衡。硅作為阻燃體系的加工助劑,降低了擠出加工時(shí)的扭矩,同時(shí)也是一種良好的分散劑,提高阻燃劑在高分子材料中的分散性,使材料的力學(xué)性能降低較少;另外,有機(jī)硅又是阻燃的協(xié)效劑,能提高阻燃體系的氧指數(shù)[6]。有機(jī)硅具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性,這是由構(gòu)成其分子主鏈的—Ｓｉ—Ｏ—鍵的性質(zhì)決定的[7],有機(jī)硅的閃點(diǎn)幾乎都在300℃以上,具有難燃性。特別是加工成型的有機(jī)硅只要添加一般的金屬氧化物,便可配成ＵＬ—94等級(jí)的硅橡膠。由于有機(jī)硅系阻燃劑的獨(dú)特性能,在90年代它們將在不能使用含鹵阻燃劑的場(chǎng)所獲得更廣泛的應(yīng)用,以硅系化合物阻燃的高聚物將開闊新的阻燃材料市場(chǎng)。
3 納米級(jí)阻燃劑[8]無機(jī)阻燃劑一般都是高熔點(diǎn)的化合物,在合成材料的加工溫度下,都是以顆粒狀態(tài)存在于體系中,為了提高阻燃劑的分散,增加阻燃劑的阻燃效果,一般要求阻燃劑的顆粒越細(xì)越好,由超細(xì)、表面改性多組分復(fù)合工業(yè)支撐的無鹵阻燃劑,填加量低,阻燃效率高[9]?，F(xiàn)在所用的無機(jī)阻燃劑顆粒一般在微米級(jí),阻燃填充量大,阻燃效率不高,如果阻燃劑的顆粒為納米級(jí),阻燃劑的填充量將會(huì)大大減少,阻燃效率將會(huì)加倍提高。納米材料具有小尺寸效應(yīng);表面與界面效應(yīng)(隨納米尺寸的減小,比表面積急劇增大,表面原子數(shù)及比例迅速增大);量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等特性。納米阻燃聚合物將有機(jī)聚合物的柔韌性好、密度低、易于加工等優(yōu)點(diǎn)與無機(jī)填料的強(qiáng)度和硬度較高、耐熱性較好、不易變形高度結(jié)合,顯示了強(qiáng)大的生命力。
氫氧化鎂作為阻燃劑的阻燃機(jī)理為：
氫氧化鎂受熱分解出水，同時(shí)吸收大量的潛熱，從而抑制聚合物溫度上升，延續(xù)其熱分解并降低燃燒速度，這就降低了樹脂在火焰中的實(shí)際承受溫度，具有抑制高聚物分解和可燃性氣體產(chǎn)生的冷卻效應(yīng)。分解后生成的氧化鎂是良好的耐火材料，切斷氧氣的供給、阻止可燃性氣體的流動(dòng)，幫助提高樹脂抵抗火焰的能力，而且氫氧化鎂的熱分解溫度高達(dá)340℃，因此氫氧化鎂作為阻燃劑其阻燃性能十分優(yōu)越。
氫氧化鎂在中等填充時(shí)能出現(xiàn)較厚的氧化炭層。炭化層的生成，阻擋了熱量和氧氣的進(jìn)入及可燃性氣體的逸出，使脫水稀釋，吸熱降溫發(fā)揮更大作用，加入氫氧化鎂降低了初始的氧化分解溫度.且隨用量的增加下降程度變大。此外生成的氧化鎂使優(yōu)良的耐火材料覆蓋于高聚物表面.亦能提高高聚物抵抗火焰的能力。
與其他兩種無機(jī)阻燃劑碳酸鈣和氫氧化鋁相比，氫氧化鎂雖然對(duì)預(yù)燃區(qū)和燃燒區(qū)的作用小，但發(fā)生在固體降解區(qū)的阻燃作用卻大大超過了碳酸鈣和氫氧化鋁.在消煙作用上也十分明顯。氫氧化鎂作為一種無毒阻燃劑，可用于聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙稀、三元乙丙橡膠及不飽和聚酯等高分子材料的阻燃消煙.尤其適用于加工溫度較高的聚烯烴塑料。
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