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PC塑料常用阻燃劑種類及其配方分析

2022-11-11

聚碳酸酯(PC)作為五大工程塑料之一,因其具有高強度、高透明度、高抗沖、耐熱等優點,廣泛應用于電子電器、照明、建筑材料、汽車零部件、食品包裝和醫療器械等領域。預計2022年中國對PC的需求量將達到240萬噸左右。

 

PC的玻璃化溫度為140-150℃,熱變形溫度為135℃,使用范圍從-60℃到120℃,具有良好的熱穩定性和尺寸穩定性。PC的阻燃性能雖比PE和PP好,極限氧指數(LOI)可達21%-24%,材料本身可達V-2級阻燃,但仍無法滿足特殊領域對阻燃性能的更高要求,需要通過添加阻燃劑的方式進行改善。主要有鹵系阻燃劑、硅系阻燃劑、硼系阻燃劑、磺酸鹽系阻燃劑、磷系阻燃劑以及其他如氫氧化鎂、氫氧化鋁、碳納米管等阻燃劑。

 


 

鹵系阻燃劑

 

鹵系阻燃劑主要是指含有Br或者CL元素的阻燃劑,其中溴系阻燃劑最早被工業化生產。將鹵系阻燃劑添加到PC中,使PC材料發生增塑作用,流動性變好,燃燒熔化時可將部分熱量帶走;同時PC在燃燒時會產生少量的鹵化氫氣體,屏蔽了氧氣的進入;PC發生裂解會產生H·和HO·,它們會與鹵化氫氣體結合,阻斷了自由基與氧的進一步反應。

 

含鹵阻燃劑阻燃效果良好,但發煙量大煙霧有毒,隨著環保要求提高,含鹵阻燃劑用量逐年下降。

 

硅系阻燃劑

 

硅系阻燃劑可根據結構差異分為有機硅和無機硅,硅系阻燃劑環保性高,能起到阻燃和抑煙的效果,對力學性能影響較小,阻燃機理如下:

 

(1)高溫下,硅氧烷遷移到PC表面并發生堆積,有效保護基材,同時防止可燃物氣體和氧氣接觸,抑制燃燒蔓延。

 

(2)硅氧烷能夠加速PC的成炭形成過程,硅氧烷的支鏈存在起到防止拉鏈式解聚,可應用于PC防滴落產品。

 

硅系阻燃劑須進行復配以達到協效阻燃,燃燒后會遷移形成保護層,可用于防滴落用途的產品。

 

硼系阻燃劑

 

硼系阻燃劑具有耐熱性好、毒性低、抑煙的特點。通用的無機硼阻燃劑有硼砂、硼酸、硼酸鋅、偏硼酸鈣、偏硼酸銨、五硼酸銨、偏硼酸鈉、氟硼酸銨和氟硼酸鋅等;有機硼阻燃劑主要有硼酸三(2,3-二溴)丙酯、聚硼硅氧烷等。

 

硼系阻燃劑通過以下四個方面實現阻燃效果:

 

(1)阻燃劑在燃燒時熔化,吸收部分熱量;

 

(2)阻燃劑覆蓋于聚合物表面,隔絕可燃與氧氣接觸;

 

(3)阻燃劑在高溫下釋放出結合水,水分蒸發而使材料降溫;

 

(4)可燃物的熱分解途徑發生改變,可燃性氣體的產生減少。若與含氮、鹵素阻燃劑互配使用,生成的難燃性氣體NH3、HX可稀釋氧氣的濃度。

 

硼系阻燃劑通常與其他阻燃劑進行互配使用,發揮其冷卻降溫和隔絕氧氣的作用。

 

磺酸鹽阻燃劑

 

磺酸鹽阻燃劑會在燃燒條件下分解產生少量烷基鹽,促使PC發生重排異構反應,產生大量的CO2和H2O等不燃物,降低可燃性氣體濃度;而且它還可作為PC本身發生酯交換反應的催化劑,發生交聯反應而成炭,提升阻燃效果。磺酸鹽阻燃劑由于添加量少,成品能在提高阻燃性能同時基本保持PC基材的力學強度等性能。

 

磺酸鹽系阻燃劑的自熄性好,對透明性影響小,但存在滴落引燃,需要與其他防滴落或者成炭性良好的阻燃劑復配使用。

 

磷系阻燃劑

 

磷系阻燃劑是一種以磷為阻燃元素的無鹵環保阻燃劑,可按成分組成分為無機磷阻燃劑和有機磷阻燃劑。有機磷阻燃劑主要有磷腈、芳基磷及氧化磷、磷酸酯類、亞磷酸酯、有機磷鹽及磷-氮復合物等,無機磷阻燃劑主要有紅磷、聚磷酸銨、次磷酸鹽等。大部分磷系阻燃劑只在凝聚相發揮阻燃效果,還有部分磷系阻燃劑可在氣相和固相同時發揮阻燃作用。

 

參考的阻燃EVA樹脂的配方如下:

分析結果:

 


 

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