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聚丙烯阻燃剂阻燃机理
| 来源：邵君( 先生，国内国际部经理 ) 发布时间：2017-11-17 11:34:31 |
聚丙烯(PP)是一种通用塑料，因具有加工方便、力学、电绝缘及耐化学药品优异、无毒、密度小、质量轻等特点而被广泛用于汽车、家电、纺织、建筑等行业。然而因为聚丙烯氧指数低，易燃烧，且燃烧发热量大，产生大量熔滴，极易传播火焰，所以在许多领域的应用受到了限制。
目前聚丙烯的阻燃方法主要是添加阻燃剂法，此法工艺简单易行，可选用的阻燃剂种类多、成本较低，是阻燃型聚丙烯主要制备方法。本文总结了近年来国内外聚丙烯阻燃剂阻燃机理研究的进展。
聚丙烯阻燃剂阻燃机理大致分以下几类: a.中断连锁反应，终止聚丙烯燃烧的自由基链反应。如卤系阻燃剂在较高的温度下分解，释放出HX，HX 捕捉聚丙烯燃烧过程中产生的自由基，中断燃烧链反应达到阻燃目的。b.吸收聚丙烯燃烧热分解产生的热量，降低体系温度。如氢氧化铝及硼酸类无机阻燃剂。c.稀释可燃性物质的浓度和氧气浓度，使之降至着火极限以下。d.促进聚合物成碳，减少可燃性气体的生成。在材料表面形成一层膨胀多孔的均质碳层，起到隔热、隔氧、抑烟、防止熔滴的作用，达到阻燃的目的。磷系及膨胀型阻燃剂主要是该阻燃机理。
以上几种聚丙烯阻燃剂阻燃机理往往同时适用于复合型阻燃剂如锑-卤、磷-卤、磷-氮协同体系中。
无机阻燃剂无毒、热稳定性好、抑烟，受热时放出水且吸收大量热量，所产生的水蒸气可稀释可燃性气体浓度并隔绝空气;产生的耐水金属氧化物形成一层固相的保护层阻止燃烧反应继续进行。其缺点是添加量较大，与聚丙烯缺乏亲和力，分散性、相容性均较差，材料力学性能下降。 将无机阻燃剂粒子进行超细化及表面处理，可增强与聚丙烯的界面结合力。
利用超细微粒本身所具有的量子尺寸效应、表面效应等来增强与聚丙烯的界面作用，改善相容性，达到减少用量和提高阻燃效率目的。阻燃剂颗粒愈细，用量、发烟量就愈小，阻燃效果愈显著。故超细化是无机阻燃剂今后的主要发展方向。
姚佳良研究了nano-Mg(OH)2与micro-Mg(OH)2填充聚丙烯体系的阻燃、流动和力学性能，相同质量分数时纳米体系阻燃性能要好于微米填充体系，填充量为60%时达到V~0级标准，且发烟量少，流动和力学性能优于微米填充体系。
磷酸三苯酯(阻燃剂TPP)生产工艺
三氯氧磷直接法（热法）和三氯化磷间接法（冷法）。
（1）热法 将苯酚溶解在吡啶和无水苯溶剂中，在不超过10℃以下，缓缓加入三氯氧磷，然后在回流湿度下反应3-4h，冷却至室温后，反应物经水洗回收吡啶，用于燥硫酸钠脱水，过滤除硫酸钠，常压下蒸馏回收苯；减压蒸馏收集243-245℃/1.47KPa的馏分，经冷却、结晶、粉碎即得成品。
( 2 ）冷法 将苯酚溶解在吡啶和无水苯溶剂中，然后于40℃下滴加三氯化磷生成亚磷酸三苯酯，继续在70℃下通入氯气生成二氯代磷酸三苯酸，再于80℃下进行水解生成磷酸三苯酯。水解物经水洗、碱中和、浓缩后进行减压蒸馏得成品。精制方法：常含有苯酚、磷酸和酸性磷酸苯酯等杂质。用乙醇或乙醇与溶剂汽油的混合液进行重结晶精制。
磷酸三苯酯(阻燃剂TPP)主要用途:用作硝化纤维、醋酸纤维膜的阻燃性增塑剂、聚氯乙烯的增塑剂、粘胶纤维中的樟脑不燃性代用品。
不同分解温度的阻燃剂配合能够产生阻燃协同效应，混合阻燃剂在较宽的温度范围内不断释放水蒸气，使聚丙烯在燃烧前后都处于较低氧浓度环境中，阻燃效果优于单一阻燃剂。曲敏杰研究了Al(OH)3、Mg(OH)2及其二者协同作用对聚丙烯阻燃性能及力学性能的影响，二者比例适当时，因协同作用抑烟效果显著。复合阻燃体系可以降低单一阻燃剂用量。
如无机阻燃剂的良好阻燃效果、无毒及抑烟等优势与有机阻燃剂结合可有效降低有毒卤系、溴系用量，充分发挥二者协同阻燃效应。以Mg(OH)2?Al(OH)3?P为聚丙烯的复合阻燃剂，聚丙烯?Mg(OH)2?Al(OH)3?P=100?50?50?5时，阻燃性能和力学性能满足使用要求。在无机阻燃剂中配合溴系阻燃剂有利于提高聚丙烯综合性能。以15份0.6~3m的Mg(OH)2和十溴联苯醚复配，阻燃无规共聚聚丙烯(聚丙烯R)时，氧指数达到27%。一定用量以内Mg(OH)2对聚丙烯R有增韧作用。
将蜜胺多磷酸盐加到Mg(OH)2聚丙烯R系统中，与季戊四醇(PER)、尿素多磷酸盐和硼酸锌等膨胀阻燃剂相比，表现出了最高的阻燃效果。
此外，其它一些无机粒子也能改善聚丙烯阻燃性能。在云母做填料的聚丙烯A聚丙烯PA-6膨胀体系中，云母粒子由于燃烧后在体系表层形成陶瓷保护层可以增加体系的阻燃性能。
通过铁离子树脂螯合物与高岭土反应制得的改性高岭土显著地降低了烟产生量及热释放速率。表面改性能提高无机粒子在聚丙烯中分散状态，改善阻燃和力学性能。
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