高分子材料PP和PET阻燃性能分析

发布时间:2014-08-18 来源: 环球塑化网 专题: 行业分析报告 打印

环球塑化网 www.PVC123.com 讯:

  高分子材料因其质量轻、易于加工合成等优良胜能逐渐被应用到建筑、电子电器、医药、运输等生活的各个领域中,因其极限燃烧氧指数小于21,为可燃性材料,加大了火灾的潜在发生率,因此阻燃高分子材料的研究逐渐成为国内外众多研究机构以及研究学者研究的热点。积极研究和开发新的高分子阻燃材料,对降低火灾发生率、保障人身安全具有重大的意义。

高分子材料PP和PET阻燃性能分析

  1 阻燃剂

  目前,阻燃高分子材料的制备主要通过使用相关阻燃剂赋予高分子材料阻燃性能这一方式。目前,超过85%的阻燃剂为添加式阻燃剂,仅有小于巧%的比例采用反应型添加剂。高分子材料能否具备较强的阻燃性能主要取决于阻燃剂的选取。因此,阻燃剂的性能对于高分子材料的应用具有重大的意义。

  常用的阻燃剂系列:用于高分子材料阻燃改性的阻燃剂可按阻燃元素种类划分为有机磷系、卤系、氮系、硅系、锑系、铝及卤一磷系、磷镁系、无机磷系、硼系、铝系、锡系等。前为_类均属于有机阻燃剂,后几类属无机类。近年来,出现了一类新的“膨胀型阻燃剂”,它们多属于磷一氮化合物或混合物。

  阻燃机理:聚合物大多由碳、氢元素组成,高分子在空气中燃烧,发生激烈的氧化反应,产生大量的经基,经基和高分子化合物反应,生成碳氢化合物和水,在氧化剂的存在下,碳氢化合物发生裂解,产生大量的经基,如此循环往复,产生大量的可燃性气体。因此,阻燃剂阻燃的本质就是降低经基游离基的浓度或者是终止氧化剂的供给。因此,阻隔氧气、热量以及可燃物的接触,即可达到阻燃的目的。阻燃剂的阻燃机理可按照物质相态划分为以下三种:气相阻燃机理、凝聚相阻燃机理和中断热交换机理。其中,中断热交换机理是指将燃烧产生的部分热量带走,从而降低其反应温度,使得聚合物难以继续分解,导致不能持续产生可燃性气体,达到阻止燃烧的目的。

  2聚丙烯阻燃

  聚内烯是一种常见的大品种高分子材料,具有低密度、高耐水、抗腐蚀、易于加工、成本低廉等一系列优良性能,现己被广泛应用在建筑、电子电器、交通、医药、包装等领域。但是,由于聚内烯的氧指数为18.5,低于空气中的氧气浓度21%,属于可燃性塑料,容易出现受热熔滴和着火现象。聚内烯的阻燃主要采用卤系阻燃剂和三氧化二锑复合阻燃剂,但是这类阻燃剂在燃烧时会放出大量的黑烟、有毒气体和腐蚀性烟雾,造成严重的环境污染。因此,近年来常用的PP阻燃剂为膨胀型阻燃体系。

  2.1卤系阻燃剂

  1970年,澳系阻燃剂的发展进人黄金阶段。卤系阻燃剂的阻燃机理可概括为以下过程:由于加人的澳化物中C- Br共价键的键能较低,使得绝大部分阻燃剂在300摄氏度以下的温度就会发生分解,而这个温度范围也是聚内烯的分解范围,因此在聚内烯发生分解时,卤系阻燃剂可以在发生分解的同时捕捉聚合物降解产生的各种自由基,从而阻断燃烧的链反应。卤系阻燃剂在燃烧的过程中,可以释放大量的高密度的难燃气体HBr,覆盖在高分子材料的表面,阻止可燃气体的燃烧。这种阻燃剂也可以和其它化合物,如三氧化二锑同时使用,使得阻燃效果更加显著。但是,在卤系阻燃剂使用过程中存在的最大间题是卤系阻燃剂的添加降低了高分子材料的抗紫外线稳定性,燃烧过程中产生大量的黑色烟雾及腐蚀性气体,不符合绿色环保的要求,使得其应用性受到限制。

  2.2磷系阻燃剂

  磷系阻燃剂起阻燃作用的本质是促进高聚物在受热分解初期发生脱水作用而碳化,这一过程的实现必须依附于高聚物本身含有大量的含氧官能团,对于聚内烯这种本身化学结构中并不含有含氧基团的高分子,单独采用磷系阻燃剂阻燃并不能达到理想的效果,如果将磷系阻燃剂与Al COH},和Mg OOH)协同作用便可达到良好的阻燃效果。该种阻燃剂的主要优点是阻燃效率高、对聚合物本身的光稳定性影响较小,产生的腐蚀性气体较少。但是这类阻燃剂同样具有易挥发、耐热性差、相容性差等缺点,影响了其广泛应用。

  2.3膨胀型阻燃剂

  针对上述阻燃剂在应用过程中显示出来的致命缺点,目前应用最广泛的两种膨胀型阻燃剂是APP和MPPo APP可以单独添加到聚内烯中,它不仅能够增加阻燃剂的相容性和分散性,同时也可以使LOI随着APP浓度的增加得到大幅提高,从根本上解决了聚内烯的易燃间题。与此同时我们可以在APP阻燃体系的基础上,通过添加气源物质、含过渡金属的化合物与IFR、含氮、含硅的化合物发挥协同作用,提高阻燃效果。目前,相关学者采用MPP与APP联合阻燃聚合物,实验结果证明APP与MPP联用较MPP单用具有更好的阻燃效果和更高的分解温度,二者主要通过增加碳层产生壁垒效应发挥阻燃性能。

高分子材料PP和PET阻燃性能分析

 

  3聚对苯二甲酸乙二醇}}(PET)阻燃

  PET,是聚对苯二甲酸乙二醇醋的简称,又名涤纶,是由对苯二甲酸(TPA)和乙二醇(EG)发生缩聚反应的产物。目前PET材料主要被广泛应用于电子电气、汽车及仪器仪表等工业,而上述行业对配件的安全性能尤其是其阻燃性能具有很高的要求,因此研究开发PET阻燃剂成为阻燃高分子材料研究领域的重心。与大多数高分子聚合物一样,常用的PET阻燃剂主要包括添加型阻燃剂和反应型(结构型)阻燃剂。其中,在工业应用中,因添加型阻燃剂具有费用低、制备简单、相容性强等应用而被广泛应用。但是,反应型阻燃剂同样具有永久性、低毒性、对高分子聚合物影响小等优点。

  3.1添加型阻燃剂阻燃PE

  添加型阻燃剂主要以物理方式分散于PET中,从而赋予PET材料阻燃性,这一过程主要通过将阻燃剂与高分子聚合物按照一定的配制方式混合在一起来实现。目前用于PET阻燃的添加型阻燃剂主要有卤系(澳系和氯系)、磷系阻燃剂两类。卤系阻燃剂,主要是澳系阻燃剂,其阻燃机理主要是澳系阻燃剂具有和高聚物大致相当的分解温度,可以在高聚物分解的同时对气相和固相同时起到阻燃效果。磷系阻燃剂来源丰富、种类多,除了具备较强的阻燃效果外,还具备润滑、增加塑性的功能。

  3.2反应型阻燃剂阻燃PE

  与添加型阻燃剂不同,反应型阻燃剂作为化学反应的一种反应物,在化学反应过程中的作用是参与高聚物的合成,作为高聚物分子链上的一个环节而存在,表现出很高的阻燃性能。实验结果证明,如果反应型阻燃剂中含有磷二元醇或三元醇等物质,可以用于生产阻燃PET,但是其在工业领域并未得到广泛应用,主要原因是由于其含磷量低、稳定性差以及合成时易发生齐聚化。

  4结语

  自从18世纪以来,Wyld发表了第一篇关于阻燃剂的专利以来,高分子阻燃技术得到了快速的发展。目前已有大量的PP和PET阻燃剂得到了工业化生产和应用,这在一定程度上解决了高分子材料易燃的缺陷。PP和PET阻燃剂的广泛应用,极大地促进了高分子材料在各个领域的应用。但是,现有的PP和PET阻燃剂在应用过程中仍然存在产生大量有毒气体或影响高分子力学性能等一系列间题。随着人们安全意识以及环保意识的提高,对PP和PET阻燃剂性能的要求也大幅提高,这对PP和PPT阻燃技术的发展也提出了严峻的挑战。


 

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